Wie finde ich die richtige Ausgleichkupplung?

Wie finde ich die richtige Ausgleichkupplung?

Wie finde ich die richtige Ausgleichkupplung?

Die richtige Ausgleichskupplung zu finden, für die unterschiedlichsten Lösungen und Einsatzfälle ist bei der Vielzahl der Angebote nicht immer leicht. Viele Parameter gilt es zu Bedenken. Ein Konfigurationstool wie es VMA  und Miki Pulley anbietet, kann dabei sehr hilfreich sein. Ein weiterer Vorteil ist es, wenn der Konstrukteur die benötigten Ausgleichskupplungen bei einem Hersteller beziehen kann.

Wie finde ich die richtige Ausgleichkupplung?

Bild: VMA Antriebstechnik

Längst hat sie ihre exotische Note unter den drehstarren Ausgleichskupplungen verloren, denn die Flexibilität in Bezug auf die physikalischen und die geometrischen Anforderungen möchte kaum ein Konstrukteur mehr missen. Beispielsweise benötigen Drehgeber und Servomotoren präzise Verbindungen, weil eine sehr torsionssteife Kraftübertragung verlangt wird. Das heißt, man benötigt eine starre Kupplung, welche aber dennoch Stöße in axialer Richtung oder Versätze ausgleicht. Hier bietet VMA die adaptive Federstegkupplung aus der ASK-Baureihe – eine Kupplung, die in Zusammenarbeit mit dem Kunden und seinem Pflichtenheft entsteht. Dabei gibt es drei Bereiche, in welchen die Konstrukteure ihre Stellschrauben justieren können. Mit Hilfe von Berechnungen, Erfahrungen und dem firmeninternen Know-how, das sich seit nunmehr mehr als 30 Jahren potenziert, gelingt es VMA die optimale Lösung für den Kunden zu finden.

Wie finde ich die richtige Ausgleichkupplung?

Oberflächenbeschichtete Servoflex aus Aluminium (Bild: VMA Antriebstechnik)

Geometrie der Kupplung

Die verschiedenen Platzverhältnisse erfordern bezüglich der Abmessungen Flexibilität. Längst braucht der Anwender nicht nur auf die Katalogmaße zurückzugreifen. Außendurchmesser und Längen sind in den unterschiedlichsten Größen zu realisieren: Bei Längen von 14 bis 560 mm ist die Kupplung aus einem Stück herstellbar und kann mit Aluminiumzwischenstücken sogar noch erweitert werden. Auch der Außendurchmesser reicht derzeit von 9,5 mm bis 120 mm. Das Portfolio wird durch Kundenwünsche stets vergrößert.

Innenansicht mit Federelement (Bild: VMA Antriebstechnik)

Physikalische Eigenschaften

VMA greift dabei die kundenseitigen Wünsche hinsichtlich der Torsionssteifigkeit, der Versatzausgleichsmöglichkeiten in axialer, lateraler und angularer Richtung, bezüglich der Nenndrehzahl, des dabei zu übertragenden Drehmoments und des Spitzendrehmoments auf. Die Anforderungen sind nicht immer direkt vereinbar und wirken oftmals gegeneinander: Eine flexible Kupplung bietet etwa einen hohen Versatzausgleich, überträgt aber in der Regel ein geringeres Drehmoment. Diese Widersprüche gilt es, weitestgehend zu eliminieren und eine in jeder Hinsicht optimale und vor allem langlebige Kupplung zu entwickeln. Die Struktur der ASK Federstegkupplung bietet dazu gute Ausgangsmöglichkeiten. Zum einen kann man entscheiden, wie viele Schlitzebenen in den Zylinder eingefräst werden sollen, wodurch die Kupplung steifer oder flexibler wird, zum anderen kann man auch noch die Anzahl der Schlitze pro Ebene wählen, was ebenfalls die Flexibilität und damit auch den Versatzausgleich beeinflusst.
Durch die – an die richtigen Stellen angebrachten – Schlitze entsteht ein hochdynamischer belastbarer Kupplungskörper, der resonanzkritische Schwingungen absorbiert und für entsprechende Resonanzstabilität sorgt. Das auf einfache Weise hergestellte Bauteil entspricht funktionell dem mechanischen Modell einer kompletten mit zwei Kardangelenken versehenen Ausgleichswelle.
Wie flexibel diese Kupplung ist, sieht man ganz deutlich an den folgenden Beispielen: Die Kleinste der ASK-Baureihe hat einen Außendurchmesser von gerade 9,5 mm und ist für einen Wellendurchmesser ab 2 bis 4 mm einsetzbar. Durch die erweiterte parallel angeordnete Schlitzstruktur wird auch ein angularer Versatz bis 3° ermöglicht. Das günstige Rotationsverhalten dieser Kupplung erlaubt hohe Drehzahlen bis zu 20 000 min-1 und erreicht darüber hinaus eine starke Dämp-fung, so dass die Kupplung über den gesamten Drehzahlbereich resonanzfrei bleibt. Ein weiterer Vorteil dieser geschlitzten Miniaturkupplung ist der Einsatz bei häufigen Lastwechseln und im Reversierbetrieb.
Sind große Distanzen zu überbrücken, und sollen dabei aber auch die Werte der Rundlaufgenauigkeit und die Torsionssteife höchsten Anforderungen entsprechen, so ist eine Kupplung aus einem Stück gefertigt ohne Schweiß- oder Klebeverbindungen die optimale Antwort. Die Schlitze werden im Nabenbereich der Kupplung angebracht und das Hauptaugenmerk liegt auf der Verdrehsteifigkeit, die durch die geringe Anzahl der Einfräsungen gewährleistet ist.
Es sei noch erwähnt, dass VMA auch die Materialfrage (Aluminium, Stahl, Edelstahl und auch Peek) nach Kundenwunsch variabel lösen kann. Hierbei sind Dichte, Festigkeit, Temperatur-, Rost- und Säurebeständigkeit entscheidende Parameter, welche die Eigenschaften der Kupplung zusätzlich beeinflussen können.

Stahlausführung der Servoflexkupplung (Bild: VMA Antriebstechnik)

Für hohe Flexibilität

Wenn eine Kupplung mit dem Anspruch auf Flexibilität und einhergehender Torsionsteifigkeit gesucht wird, findet man in der Metall-Disc Kupplung Typ Sevoflex ein optimales Bauteil. Die aus biegeelastischen Lamellen aufgebaute  Servoflexkupplung, bietet hohe Präzisionseigenschaften und mit einem geringen Massenträgheitsmoment die Möglichkeit, Wellenverlagerungen zu kompensieren. Dabei ist sie für exakte Positioniereigenschaft genauso geeignet, wie für den Reversierbetrieb. Die eingebauten Federelemente aus Edelstahl ermöglichen eine Reduzierung der Wärmeleitung zwischen Servomotor und Antriebsstrang, dadurch wird ein Genauigkeitsverlust durch Wärmeausdehnung verhindert.
Speziell die Stahllamellen-Kupplungen der Serie SFC wurden für den Einsatz in hochmodernen Servomotoren bei hohen Drehzahlen und extrem präziser Steuerung entwickelt. Sie zeichnen sich durch hohe Torsionssteifigkeit, hohe Drehmomentübertragung, geringe Massenträgheit und dadurch schnelles Ansprechverhalten bei gleichzeitiger Flexibilität bei parallelen und axialen sowie bei Winkelversätzen aus. Die Kupplungen sind für ein Nenndrehmoment zwischen 8 bis 600 Nm einsetzbar. Bei dieser Serie sind einzelkardanische Modelle mit besonderer Steifigkeit und flexiblere doppelkardanische Modelle verfügbar. Außerdem bietet Miki Pulley hier eine Vielzahl von Optionen wie z. B. Kegelschaft, Sonderlängen und Modelle mit eingefräster Passfedernut.

Die Stepflex ist eine spielfreie wellenflexible Kupplung mit hoher Dämpfungseigenschaft (Bild: VMA Antriebstechnik)

Spielfreie wellenflexible Kupplung

Eine neue Variante einer spielfreien wellenflexiblen Kupplung mit hoher Dämpfungseigenschaft aus dem Hause Miki Pulley findet man unter dem Namen Stepflex. Die Verbindungselemente (Hubs) sind ähnlich einer Klauenkupplung ausgelegt. Jedoch wird das neue laminierte Gummielement zur Dämpfung genutzt und gleichzeitig werden sehr geringe Rückstellkräfte (Radiale Kräfte) erreicht. Die Kupplungen verfügen über einen einfachen laminierten Gummi-aufbau, bei dem sich Hartgummischichten zwischen Weichgummischichten befinden. Die modularisierte Konstruktion in den Kraftübertragungselementen ermöglicht eine spielfreie Ausführung. Diese Kupplungen nehmen Schwingungen schneller auf als elastische Kupplungen, deren elastische Elemente aus Metall oder aus einem «Spider» bestehen. Dadurch wird das z. B. bei Schrittmotoren gelegentlich auftretende Resonanzphänomen über einen großen Betriebsdrehzahlbereich vermieden. Außerdem ermöglichen die Kupplungen eine stabile Regelung bei hohen Drehzahlen.

Die Explosionsaufnahme zeigt den Aufbau der Stepflexkupplung (Bild: VMA Antriebstechnik)

Steckbare spielfreie Kreuzschieberkupplung

Zu guter Letzt sei noch eine kleine steckbare, spielfreie Kreuzschieberkupplung erwähnt, neben den Vorteilen beim Montieren unterscheidet sich diese von der Oldham-Kupplung dadurch, dass das Zwischenstück vorgespannt in die Führungsnuten der Nabenteile eingesetzt wird. Das führt dazu, dass durch Schwingungen im System kein Mikroverschleiß an den Schiebeelementen auftritt und somit eine längere Lebensdauer möglich ist. Ein weiteres Merkmal bei den VMA Kreuzschieberkupplung ist die Durchgangsbohrung, dadurch können die Wellenenden ohne Abstand zueinander positioniert werden.

www.vma-antriebstechnik.de


Autor: Gabi Hasenstab ist Geschäftsführerin der VMA Antriebstechnik GmbH in Großostheim

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Veröffentlicht von

Redaktion ANTRIEBSTECHNIK

antriebstechnik ist der Wissenslieferant und Ideengeber für Konstrukteure, Entwickler, Wissenschaftler und Endkunden. Damit aus guten Ideen gute Produkte werden. antriebstechnik ist lt. Reichweitenstudie 2016 der unangefochtene Champion seiner Kategorie! antriebstechnik informiert früher und umfassender über neue technologische Entwicklungen – ermöglicht durch die langjährige Partnerschaft mit dem „Förderverein Antriebstechnik“ (FVA) im VDMA und dem intensiven Austausch mit den wissenschaftlich forschenden Lehrstühlen deutscher Universitäten.

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