Leicht macht Sinn

Kupplungen - Längst schon ist Kunststoff in allen Bereichen des anspruchsvollen Maschinen- und Anlagenbaus angekommen. Vor allem Gewichtsersparnis und das günstige Massenträgheitsmoment machen den Werkstoff für die Konstrukteure interessant.

10. April 2006

Die Kunststoffkupplung von R+W Antriebselemente hat einen Gewichtsvorteil gegenüber Aluminium von 65 Prozent und bei Stahl von 89 Prozent. Diese Gewichtsreduzierung ermöglicht es dem Konstrukteur und Entwickler die Zykluszeiten der Applikationen zu verkürzen und letztendlich auch eine Kostensenkung zu erzielen.

Baugröße bleibt gleich

Im Gegensatz der Annahme, dass Kunststoffbauteile größer imensioniert werden müssen als Metallteile, ist es den Konstukteuren aus Unterfranken gelungen, die identischen Abmessungen der vorhandenen Kupplungsserie EK aus Aluminium einzuhalten. Somit entfallen bei bestehenden Anlagen zeit- und kostenaufwändige Neukonstruktionen bzw. Bauraumprüfungen. Die Innenstruktur der einzelnen Naben wurde in Zusammenarbeit mit der Universität Bayreuth entwickelt, um zum einen eine kunststoffgerechte Form, als auch die nötige Steifigkeit in Bezug auf Verdrehwinkel bei Belastung zu erreichen.

Das Innengerüst gewährleisteteine vergleichbare Torsionssteife wie eine herkömmliche Aluminium- bzw. Stahlnabe. Neben den Herstellern der Servoantriebstechnik und dem Anlagenbau ist somit erstmals auch der Industriezweig für Pumpentechnik ein potenzielles Einsatzgebiet der Kunststoffkupplung. Ob Kreiselpumpen, Radialkolbenpumpen, Industriepumpen oder Vakuumpumpen, die Anbindung erfolgt zu 90 % über die Passfedernut. Überlastsituationen, die durch Stöße oder Anläufe hervorgerufen werden können, sind durch die Robustheit der Kupplung problemlos gewährleistet. Dynamische Eigenschaften wie Beschleunigungszeiten und -momente werden verkleinert und können bei der Motorendimensionierung berücksichtigt werden.

In Positioniersystemen findet somit diese Kunststoffnabe ebenfalls eine Anwendung. Mit dieser neu entwickelten Kupplung aus Kunststoff können erstmals große Serien zu kundenseitigen Preisvorstellungen erreicht werden, die mit herkömmlichen Kupplungen nicht realisierbar sind. Seit Jahren werden die technischen Eigenschaften von Hochleistungskunststoffen weiterentwickelt. Die Folge daraus ist, dass heute auf dem Markt Thermoplaste verfügbar sind, deren Eigenschaften wie Steifigkeit, Fließverhalten und Nachgiebigkeit optimiert, bzw. nahezu eliminiert wurden. Dynamische Dauerlaufversuche mit zahlreichen Lastwechseln und statische Bruchversuche mit mehr als dem Drei- bis Vierfachen der Nennlast, überstanden die Prüflinge problemlos. Im statischen Bereich wurden eher Grenzen durch die Welle mit Paßfedernut gegeben als durch die Nabe selbst.

Neben diesen wichtigen Standardprüfungen, führte R+W in Zusammenarbeit mit der Uni Bayreuth auch Klimakammertests durch, um einen kompletten Lebenszyklus der Kupplungen aus thermoplastischem Hochleistungskunststoff zu simulieren. Das Ergebnis: Keinerlei mechanische Eigenschaften wie Steifigkeit und Zähigkeit gingen während der Tests verloren. Die Erstserie dieser neuen Kupplungsgeneration wird eine reine Passfederverbindung sein. Weitere Klemmverbindungen wie Klemmnaben und Konusspannsegmente mit Klemmring, sind in der Testphase und werden nach erfolgreichen Abschluss folgen.

Die Drehmomentbereiche reichen von 2 - 660 Nm und die Temperaturen im Einsatzgebiet von -20 °C bis +100 °C. Für den heutigen Maschinenbaumarkt bietet R+W eine Kunststoffkupplung, die neben den vergleichbaren technischen Eigenschaften, auch wirtschaftlich durchaus überzeugt. Mit dieser Kupplung können neben spezifischen Sonderapplikationen auch Serienanwendungen mit Stückzahlen von weit über 100.000 Stück und Jahr problemlos realisiert werden. Dieses Verbindungselement aus thermoplastischem Kunststoff wird den Maschinen- und Anlagenbau sicher nicht gleich revolutionieren, aber bestimmt ganz neue und vielfältige Möglichkeiten in Bezug auf technische Realisierungen ermöglichen.

Tobias Wolf, R+W

Fakten

- Klauenkupplungen aus thermoplastischem Hochleistungskunststoff erreichen eine Gewichtsersparnis von 65 bis 90 Prozent.

- Die Elastomerkupplungen Servomax TX von R+W sind: schwingungsdämpfend, elektrisch isolierend, steckbar sowie versatzausgleichend in Lateral-, Angular- und Axialrichtung.

Erschienen in Ausgabe: 02/2006