Wellenkupplungen. Bauteilintegration spart Platz und Kosten - prozesstechnik online

Bauteilintegration spart Platz und Kosten

Wellenkupplungen

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In modernen Maschinen und Anlagen ist Bauraum knapp; entsprechend wird von den Antrieben eine hohe Leistungsdichte gefordert. Neben kompakten Bauelementen spielt immer häufiger die Bauteilintegration eine wichtige Rolle.

Ing. Bernd Tenfelde

Ein Unternehmen aus Rheine folgt diesem Trend und liefert Kupplungen, die Zusatzfunktionen bieten, an Hersteller von Pumpen, Kompressoren, Ventilatoren, Zentrifugen und Regelantrieben. Ausgangsbasis der Konstruktionen ist in sehr vielen Fällen die drehelastische Rotex®-Wellenkupplung, die Wellenversatz zuverlässig ausgleicht und unerwünschte (weil verschleißfördernde) Schwingungen im Antriebssystem reduziert.
Kompakte Bauform
Die Rotex-Kupplung besteht aus zwei kongruenten Metallelementen mit ineinandergreifenden Klauen, zwischen denen sich ein Evolventenzahnkranz aus Elastomer befindet (Abb. 1). Die einzelnen Zähne dieses Zwischengliedes sind ballig profiliert, um bei Fluchtungsfehlern der Wellen Kantenpressungen zu vermeiden.
Rotex-Kupplungen sind axial steckbar und damit sehr montagefreundlich; über die Shore-Härte des Elastomer-Zahnkranzes kann sehr genau die schwingungsdämpfende Wirkung beeinflußt werden. Für Anwendungen, in denen eine drehsteife und winkelgetreue Kraftübertragung gefordert ist, wird als Variante die spielfreie Rotex GS angeboten, deren Zahnkranz beim Einsetzen formschlüssig vorgespannt wird. Für den Anbau zusätzlicher Komponenten eignen sich Rotex und Rotex GS besonders gut, weil sie ein geringes Eigengewicht und ein niedriges Schwungmoment aufweisen; auch die kompakte Nabenform erleichtert die Bauteilintegration.
Kupplung mit angebautem Lüfterrad
Ein konkretes Beispiel dafür ist die Integration eines Lüfterrades in die Kupplungskonstruktion (Abb. 2). Damit läßt sich Platz sparen: Der Bauraum in der Horizontalen, den die Kupplung benötigt, kann in der Vertikalen vom Lüfter ausgefüllt werden. Diese Lösung wird u.a. deshalb immer häufiger gefragt, weil die stetig steigende Leistungsdichte von antriebs- und fördertechnischen Komponenten eine erhöhte Wärmeentwicklung zur Folge hat. Diese Wärme muß möglichst wirtschaftlich und platzsparend abgeführt werden.
Schrauben, Kleben oder Aufspritzen
Das Lüfterrad wird direkt an die Kupplungsnabe angebaut; da die Kupplung axial steckbar ist, bleibt auch der Lüfter gut zugänglich. Angeboten werden Lüftermodelle mit axialer oder radialer Wirkungsweise (Radial- und Querstromventilatoren); es stehen jeweils drei verschiedene Anbaumöglichkeiten zur Verfügung. Am einfachsten ist es, die aus Blech oder Kunststoff gefertigten Lüfterräder an die Nabe anzuschrauben. Die zweite Möglichkeit: Durch spezielle Oberflächenkonturen wird der Nabenbund so gestaltet, daß die Lüfter aufgepreßt bzw. aufgeklebt werden können. Bei großen Stückzahlen schließlich empfiehlt es sich, die Kunststoff-Lüfterräder direkt aufzuspritzen.
Kooperation ist nötig
Weil bei der Auslegung der Kupplungs-/Lüfter-Kombination u.a. auch die Wärmeabfuhr, der Schallpegel sowie strömungstechnische Parameter berücksichtigt werden müssen, ist in jedem Falle eine enge Kooperation mit dem Anwender erforderlich. Auch die Umgebungskonstruktion muß bekannt sein, um zum Beispiel eine Rückströmung durch vorstehende Gehäuseübergänge auszuschließen. Man kooperiert dabei mit Partnerunternehmen, die sich auf den Ventilatorenbau spezialisiert haben und gegebenenfalls genaue strömungstechnische Berechnungen durchführen, um das Lüfterrad exakt an den Anwendungsfall anzupassen und damit auch Energiesparpotentiale zu erschließen und die Geräuschentwicklung zu minimieren.
Für diese Kupplungs-/Lüfterrad-Kombinationen wurden Anwendungen z.B. bei Vakuumpumpen, Kompressoren und Hydraulikantrieben realisiert. Rotex-Naben mit Lüfterrad sind für Wellendurchmesser von 14 bis 65 mm und für Nenndrehmomente von 7,5 bis 625 Nm erhältlich.
Kombination von Kupplungund Bremse
Ein zweites Beispiel bietet die Baueinheit von Wellenkupplung und (Trommel- oder Scheiben-) Bremse. Dies ist eigentlich nichts Neues, weil derartige Kombinationen in der Vergangenheit schon in hochbelasteten Antrieben, z. B. in Hebezeugen, Windkraftanlagen und Zentrifugen, eingesetzt wurden. Inzwischen setzt man Kupplungs-/Brems-Kombinationen aber vermehrt auch in anderen Anwendungsbereichen ein, z. B. in Mischanlagen, bei denen kurze Taktzeiten gefordert sind. Auch Sicherheitsaspekte spielen hier eine Rolle.
Dem Konstrukteur wird eine Vielzahl von Kupplungs-/Brems-Kombinationen auf Rotex-Basis angeboten. Insgesamt stehen allein zwölf Standard-Baureihen zur Verfügung; ein intelligentes Baukastensystem ermöglicht darüber hinaus die kostengünstige Realisierung von Sonderlösungen.
Dämpfungseigenschaften
Neu in diesem Programm ist die Flanschausführung der Rotex in Baueinheit mit einer (einfachen oder innenbelüfteten) Bremsscheibe: die Rotex AFN-SB-Spezial (Abb. 3). Vorteilhaft bei dieser Kupplungs-/Brems-Kombination ist u. a., daß selbst bei hohen Bremsbelastungen sehr gute Dämpfungseigenschaften erzielt werden. Der Kraftfluß läßt sich im eingebauten Zustand trennen; ebenso können Bremsscheibe und Zahnkranz im eingebauten Zustand ausgetauscht werden. Damit ist das System sehr servicefreundlich.
Gefertigt wird die Rotex AFN-SB-Spezial in acht Baugrößen von 65-160. In Verbindung mit verschiedenen Bremsscheiben-Durchmessern (355 bis 1000 mm) ergeben sich 24 Ausführungen für Nenndrehmomente von 940 bis 15 000 Nm und für Bremsmomente von 1880 bis 30 000 Nm.
Zuverlässiges und kostengünstiges Überlastsystem
Drittes Beispiel für Funktionserweiterung und Bauteilintegration ist die Kombination der spielfreien Rotex GS mit dem ebenfalls spielfreien und extrem kompakt gebauten SyntexR-Überlastsystem. Dieses System arbeitet wesentlich genauer als eine Rutschkupplung, ist aber preisgünstiger und (dank geringer axial bewegter Massen) auch schneller als eine elektronische Drehmomentüberwachung. Eine Tellerfeder mit Ausrückelementen sorgt dafür, daß bei einem definierten Drehmoment zuverlässig der Kraftfluß zwischen An- und Abtrieb unterbrochen wird. Fällt das Drehmoment wieder ab, rücken die Elemente ein, und der Kraftfluß ist wiederhergestellt. Das Syntex-System eignet sich z. B. für Vorschubantriebe sowie für verfahrenstechnische Anlagen wie Misch- und Knetmaschinen; es kann – auch gemeinsam mit der Rotex GS – in andere Antriebselemente wie etwa Riemenscheiben integriert werden, um platzsparende Konstruktionen zu ermöglichen.
Speziell für den Pumpenbauentwickelt
Abschließend noch ein kurzer Blick auf eine Rotex-Variante, die zwar keine Zusatzfunktion bietet, aber exakt auf einen häufigen Anwendungsfall in der Chemieindustrie und Verfahrenstechnik zugeschnitten wurde. Speziell für den Pumpenbau wird die Rotex ZS-DKM (Abb. 4), die dank ihres doppelkardanischen Zwischenstücks zum einen sehr große Wellenverlagerungen aufnehmen kann, zum anderen aber auch Norm-Wellenabstände überbrückt, wie sie gerade bei Pumpenantrieben oft vorkommen. Diese Kupplungsbauart bietet eine zuverlässige konstruktive Lösung für das oftmals auftretende Problem, daß die Lebensdauer von Pumpenantrieb durch Wellenverlagerungen aufgrund von Wärmeausdehnung reduziert wird: Wenn die Pumpe heiße Medien fördert, dehnen sich die Werkstoffe des Pumpengehäuses aus, während die antriebsseitige Konstruktion davon unbeeinflußt bleibt. So können in der Praxis relativ große Wellenverlagerungen entstehen, die zu vorzeitigem Verschleiß von Antrieb und Pumpe führen. Die Rotex ZS-DKM beugt dem wirkungsvoll vor.
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