Torsionssteife Metallbalgkupplungen

Für Miniatur- bis Schwerlastanwendungen

Ob in der Medizintechnik, in Prüfständen, Windkraftanlagen oder für hochdynamische Servoachsen, Metallbalgkupplungen haben sich als vielseitiges Antriebselement bewährt und finden in den unterschiedlichsten Industrien und Applikationen ihren Einsatz. Angefangen von Miniaturausführungen für Drehmomente ab 0,05 Nm bis hin zu Schwerlastmodellen bis 100.000 Nm und mehr – die R+W Antriebselemente GmbH bietet als Marktführer im Bereich Metallbalgkupplungen für die verschiedensten Branchen die geeignete Kupplungslösung.

Die grundsätzlichen Anforderungen an Kupplungen sind oftmals gleich. So ist zum Beispiel neben einer sicheren Drehmomentübertragung der Ausgleich von Wellenversätzen ein entscheidendes Kriterium. Jedoch gibt es bei der Vielzahl von Kupplungsarten entscheidende Unterscheidungsmerkmale. Ist eine torsionssteife Drehmomentübertragung und eine hohe Positioniergenauigkeit gefragt, sind spielfreie Metallbalgkupplungen oftmals die richtige Wahl.

Torsionssteif und hohe Positioniergenauigkeit

Die Auslegung des Metallbalgs, wie beispielsweise nach dem zu übertragenden Drehmoment oder hinsichtlich des Versatzausgleiches, richtet sich nach den jeweiligen Anforderungen. Zum einen ist in Rotationsrichtung eine maximale Steifigkeit gefordert und zum anderen sind die entstehenden Rückstellkräfte beim Ausgleich der Versätze so gering wie möglich zu halten. Dieser Ausgleich des lateralen, axialen und angularen Versatzes spielt eine wesentliche Rolle innerhalb des gesamten Antriebsstrangs. Würde das Drehmoment über eine starre Anbindung von Antriebs- zur Abtriebswelle übertragen werden, wären die durch den Versatz auftretenden Rückstellkräfte möglicherweise zu groß und könnten Lagerschäden verursachen. Eine hohe Betriebssicherheit des Antriebselements ist für die Erfüllung dieser Aufgaben daher unabdingbar. Für die Auslegung von Metallbalgkupplungen spielen zudem Parameter wie Beschleunigungsmoment, Resonanzfrequenz oder Verdrehwinkel eine entscheidende Rolle. Diese werden bei der Dimensionierung von R+W ebenso mit berücksichtigt, wie allgemeine und grundsätzliche Anforderungen an Massenträgheit, Montagefreundlichkeit oder Preiseffizienz. Die hochpräzisen Antriebselemente werden unter anderem überall dort eingesetzt, wo Positioniergenauigkeit gefragt ist. In feingewuchteter Ausführung finden diese darüber hinaus in hochdynamischen Applikationen, wie zum Beispiel in Industrierobotern oder Automatisierungsanlagen ihren Einsatz.

Variantenvielfalt – von klein bis groß

Die Miniatur-Metallbalgkupplungen der Modellreihe MK können von 0,05 bis 10 Nm sowie mit Bohrungsdurchmessern von 1 bis 28 mm angeboten werden. Diese werden beispielsweise für eine winkelsynchrone Drehmomentübertragung in Verbindung mit Drehgebern oder Mess- und Regelsystemen eingesetzt. Bedingt durch den Einsatz des torsionssteifen Metallbalgs können hier genaueste Messergebnisse bei gleichzeitigem Versatzausgleich erzielt werden.

Durch eine Vielzahl unterschiedlicher Anbindemöglichkeiten - über Klemmnaben in geschlitzter, geteilter oder Konusausführung bis hin zu Modellen mit Konusspreizdorn für Hohlwellenanbindungen - passt die MK-Baureihe für viele Anwendungsfälle. Für eine besonders einfache Montage sind weiterhin steckbare Ausführungen erhältlich. Diese sind absolut spielfrei und bedingt durch ein spezielles glasfaserverstärktes Kunststoff-Konusstecksegment elektrisch als auch thermisch isolierend. Die Konstrukteure können dabei zwischen einer synchron- oder mehrfachsteckbaren Version auswählen. Durch ihre hohe Präzision und Fertigungsqualität sind die steckbaren Miniatur-Metallbalgkupplungen, mit radialen Klemmschrauben oder Klemmnaben, ebenfalls für genaueste Winkelübertragungen geeignet. Zur Erhöhung der Ausfallsicherheit, die beispielsweise oftmals bei Drehgeberanbindungen gefordert ist, besteht zudem bei vielen Modellen die Option einer zusätzlichen Balgbruchsicherung – bei gleichen kompakten Außenabmessungen. Hierdurch wird die funktionale Sicherheit hinsichtlich der Drehmomentübertagung bei Balgbruch, zum Beispiel aufgrund einer Drehmomentüberlastung, entscheidend erhöht.

Um die technischen Eigenschaften der Kupplungen voll ausnutzen und Wellenversätze ohne Übertragungsfehler ausgleichen zu können, ist eine genaue Montage der Kupplungen entscheidend. Daher fertigt R+W sowohl die Miniatur-Metallbalgkupplungen als auch die Metallbalgkupplungen der Modellreihe BK, welche Drehmomente von bis zu 10.000 Nm übertragen kann, auf einem hochpräzisen Montagedorn. Ähnlich wie die Miniaturkupplungen ist auch die Modellreihe BK in unterschiedlichen Größen und Anbindungsmöglichkeiten verfügbar. Die Kupplungen der Baureihe sind ebenfalls spielfrei und werden beispielsweise in Werkzeug- oder Verpackungsmaschinen eingesetzt.

Mit der Baureihe BX bietet R+W weiterhin drei verschiedene Modelle im Standardsortiment an, die je nach Größe für eine Übertragung von bis zu 100.000 Nm Nenndrehmoment ausgelegt sind. Höhere Drehmomente sind zudem auf Anfrage möglich. Diese können sowohl mit Flansch- oder Passfederanbindung als auch mit reibschlüssigen Konusklemmnaben bezogen werden. Aufgrund ihrer meist doppelkardanischen Ausführung mit zwei Metallbälgen kann somit auch im Schwerlastbereich ein hoher Versatzausgleich sowie eine sichere Drehmomentübertragung gewährleistet werden. Die Schwerlastkupplungen der Baureihe BX kommen unter anderem in Walzwerken und Prüfständen sowie in Mischern oder Extrudern zum Einsatz.

Über das Standardsortiment hinaus

Über das Standard-Produktportfolio der Metallbalgkupplungen hinaus, bietet R+W selbst für die speziellsten Anforderungen maßgefertigte und kundenspezifische Sonderlösungen an. So entwickelte und realisierte das Unternehmen beispielsweise auf Basis der Baureihe MK eine Miniatur-Metallbalgkupplung, welche in einer Mirkogasturbinen-Applikation ihren Einsatz findet. Die für ein Nenndrehmoment von 10 Nm und einer Drehzahl von 70.000 U/min ausgelegte Sonderkupplung wurde mit einem speziell verstärkten Metallbalg ausgeführt und hält somit selbst einer vierfachen Überlast stand. Dies hat für den Betreiber gleich mehrere Vorteile. Zum einen konnte eine aufwendige Umkonstruktion vermieden werden, da die kompakte Sonderkupplung dem nur begrenzt zur Verfügung stehenden Bauraum entspricht. Zum anderen bietet die Sonderlösung dem Betreiber eine ausreichende Sicherheit, da etwaige Ausfälle, beispielsweise durch Drehmomentspitzen, in dieser dezentralen Stromerzeugung unbedingt vermieden werden müssen.

In einem anderen Projekt, welches auf der Modellreihe BX basierte, konnte für sehr spezielle und sehr hohe Anforderungen eine Sonderkupplung entwickelt werden, die für den Einsatz Untertage in Kohlegruben zwischen einer Anlaufkupplung und einem Getriebe eingesetzt werden kann. Das Problem bestand darin, dass die vorhandenen Klauenkupplungen aufgrund der hohen Versätze zu hohe Rückstellkräfte aufbrachten, die zu Schädigungen an den Lagerungen sowie zu daraus resultierenden äußerst kostspieligen Maschinenstillstandszeiten führten. Als Lösung konnte R+W eine Sonderkupplung konstruieren, die aufgrund eines doppelkardanischen Metallbalg-Designs weitaus weniger Rückstellkräfte aufbringt als die verwendeten elastischen Kupplungen. Somit werden die Lagerungen geschont, teure Stillstandszeiten vermieden und die Prozesssicherheit entscheidend erhöht.

Die ausgewählten Beispiele zeigen, wie speziell und unterschiedlich die Anforderungen sein können. Die Entwicklung von Sonderlösungen gehört bei R+W ebenso zum Tagesgeschäft wie die Standard-Produkte.

Mehr als Metallbalgkupplungen

Metallbalgkupplungen sind jedoch nur ein Teilbereich aus dem großen Produkt- und Leistungsportfolio von R+W. Der Entwickler von Präzisions- und Schwerlastkupplungen verfügt weiterhin über vielfältigste Kupplungsbaureihen, die für die unterschiedlichsten Bedürfnisse der verschiedensten Industrien und Branchen geeignet sind. So bietet der Kupplungsspezialist darüber hinaus Sicherheits-, Elastomer-, Lamellen- und flexible Zahnkupplungen sowie Gelenkwellen zur Überbrückung von großen Wellenabständen an.

Je spezieller die Produkte an die jeweiligen Voraussetzungen angepasst sind, desto besser tragen sie in der Praxis zu sicheren und effizienten Prozessen bei. Eine wichtige Grundlage für die Entwicklung anwendungsnaher Lösungen ist hierbei die intensive Beschäftigung mit den tatsächlichen Kundenanforderungen in der Praxis. R+W baut daher die Variantenvielfalt seiner Produkte kontinuierlich aus und entwickelt diese weiter. Am Anfang waren viele R+W-Produkte Neuheiten, manche davon sogar echte Innovationen. Heute gehören viele der damaligen Sonderlösungen zum Industriestandard.

Autor: Dirk Hasenstab

 

Bild 1: Das Ausgleichselement einer jeden Metallbalgkupplung ist der Metallbalg aus dünnwandigem Edelstahl.

Bild 2: Die Miniatur-Metallbalgkupplungen der Baureihe MK sind für viele verschiedene Anbindungsformen und ab 0,05 Nm erhältlich.

Bild 3: Metallbalgkupplungen der Modellreihe BK sind für Drehmomente bis 10.000 Nm verfügbar.

Bild 4: Die Schwerlast-Metallbalgkupplungen aus der Baureihe BX sind besonders robust und im Standard bis 100.000 Nm erhältlich.

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