Wann braucht man eine Servokupplung?

Wann braucht man eine Servokupplung?

Eine Kupplung verbindet zunächst zwei Wellenzapfen. Schon ein minimaler Versatz der Wellen oder Schwankungen in der Umgebungstemperatur können allerdings zu einem unruhigen Lauf führen, was sich in erhöhtem Verschleiß der Lagerungen, größerer Lärmentwicklung oder sogar Schäden am kompletten Antriebsstrang widerspiegelt.

Balgkupplungen sind in Drehrichtung sehr torsionssteif, das heißt sie verwinden sich kaum in sich selbst. Lateral hingegen sind sie flexibel, was ihnen erlaubt, Fluchtungsfehler auszugleichen. Geringe Rückstellkräfte, die absolut spielfreie Drehmomentübertragung und die flexiblen Anwendungsmöglichkeiten machen Sie heute zu einem unverzichtbaren Bestandteil im Maschinenbau. Besonders bei hohen Drehzahlen und präzisen Anwendungen  können Metallbalgkupplungen punkten.

Elastomerkupplungen wirken sich dämpfend auf Vibration aus, anstatt sie an die nächste Komponente weiterzugeben. Auch bei dieser Art von Ausgleichskupplungen ist es wichtig, auf eine möglichst präzise Fluchtung zu achten, aber die Risiken eines Schadens sind wesentlich geringer.

Sicherheitskupplungen können sowohl auf Balg- als auch auf Elastomerkupplungen basieren, verfügen aber über einen Drehmomentbegrenzer als Überlastschutz. Er verhindert absolut zuverlässig kostspielige Maschinenschäden, Reparaturen und Ausfallzeiten.

Bei Überschreitung des eingestellten Drehmomentes wird der Antrieb mechanisch getrennt.

Die JAKOB Antriebstechnik GmbH bietet mit ihrem umfangreichen Systembaukasten eine optimale Variante für jeden Anwendungsfall. So sind auch Kombinationen aus Metallbalg-, Sicherheits-, Elastomer- und Distanzkupplungen möglich.

Wo braucht man Servokupplungen?

Drehmomentübertragungen sind in fast allen technischen Anlagen eine Notwendigkeit. Je dynamischer und präziser eine Anlage arbeiten soll, umso sorgfältiger ist das Augenmerk dabei auf den Antrieb mit dem Bereich der Wellenverbindungen – die Kupplungen – zu legen.
Servokupplungen lassen sich sowohl in hochdynamischen Vorschubachsen von Werkzeugmaschinen einsetzen oder eignen sich bei anspruchsvollen Antrieben im allgemeinen Maschinenbau. Man findet sie in Industrierobotern, Servo- und Schrittmotorenapplikationen. Durch den vermehrten Einsatz von Servoantrieben mit ihrer hohen Dynamik sind immer perfektere Kupplungen gefragt. Auch wenn die Antriebselemente in hoher Präzision gefertigt sind: die unvermeidlichen Achsverschiebungen im Hunderstel-Millimeter-Bereich gilt es auszugleichen. Hier bieten sich besonders die spielfreien Metallbalgkupplungen an, die mit weiteren Funktionen ausgestattet auch als Sicherheitsbremsen die Maschine schützen.

Was sind Servo(ausgleichs)kupplungen?

Servokupplungen sind Ausgleichskupplungen zur spielfreien, winkelgetreuen Übertragung von Drehmomenten mit einer möglichst hohen Verdrehsteifigkeit (Torsionssteife) und einem möglichst niedrigen Massenträgheitsmoment. Aber auch die Elastomerkupplungen mit einem flexiblen Polyurethanstern können aufgrund ihrer produktspezifischen Vorteile für eine Vielzahl an Anwendungen eine sinnvolle Alternative darstellen. Allen Servokupplungen gemeinsam ist die absolute Spielfreiheit (auch Welle-Nabe-Verbindung) und die Flexibilität zum Ausgleich von Wellenversatz. Als Distanzkupplungen oder als Gelenkwellen überbrücken sie ohne Zwischenlagerung Abstände von bis zu sechs Metern. Als Miniaturkupplungen sind sie für den Versatz oder die Axialverschiebung zweier Achsen konzipiert. Für die unterschiedlichen Einsatzfälle wie beispielsweise für NC-Achsen, Schrittmotoren, Roboterantriebe, Lineareinheiten, Handhabungseinrichtungen, Winkelkodierer oder Servoantriebe stehen verschiedene Ausführungen zur Verfügung. Sie sind als Balgkupplungen, Elastomerkupplungen oder Kreuzschieberkupplung erhältlich.

Ausgestattet mit einer zusätzlichen Sicherheitsfunktion dienen Servoausgleichskupplungen auch als Überlastschutz und Drehmomentbegrenzer und schützen teuere Anlagen vor kostspieligen Maschinenschäden. Als flexible Ausgleichselemente werden Edelstahlbälge mit diversen Bauformen, Polyurethansterne mit verschiedenen Shore-Härten oder Kreuzschieberteile aus Polyacetal eingesetzt.

Wie man die richtige Servokupplung wählt

Um die passende Kupplung für einen Antriebsstrang zu finden müssen einige Faktoren beachtet werden. Der benötigte Drehmomentbereich, der Versatz und die Umgebungstemperaturen der Kupplung sind dabei besonders wichtig. Auch die zu überbrückende Distanz zwischen den Wellen, elektrische Leitfähigkeit bzw. Isolation, der Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen, besonders hohe Drehzahlen oder Drehmomente und viele weitere Faktoren beeinflussen die Wahl der passenden Servokupplung.

Zunächst wird das benötigte maximale Drehmoment ermittelt. Die Kupplung sollte dementsprechend gewählt und nicht dauerhaft mit Überlast oder im absoluten Grenzbereich genutzt werden.

Die Fehlausrichtung geht Hand in Hand mit der möglichen Lebensdauer, denn je größer die Fehlausrichtung ist, desto geringer ist die Lebenserwartung der Kupplung. Daher ist auf eine möglichst genaue Ausrichtung unbedingt zu achten. Der ausgleichbare laterale Versatz bewegt sich in Bereichen von etwa 0,15 – 0,3mm. Dies hängt auch stark von der Anzahl der Balgwellen ab. So erreicht eine 4-wellige Kupplung mehrfach höhere mögliche Versatzwerte als eine 2-wellige Kupplung. Grundsätzlich ist die laterale Verschiebung aber mit der wichtigste zu berücksichtigende Faktor nach dem Drehmoment, da er große Auswirkungen auf die mögliche Kraftübertragung hat. Ein hoher Versatz kann zudem zu einem unruhigem Lauf führen, der sich in erhöhtem Verschleiß, größerer Lärmentwicklung oder sogar Schäden am kompletten Antriebsstrang widerspiegeln kann.

Bei der Messung der maximalen Betriebstemperatur gilt es auch, die eventuelle Wärmeentwicklung der Maschine und ihrer Komponenten im laufenden Betrieb zu berücksichtigen. Die Wahl des Materials der Kupplungen ist in diesem Zusammenhang ebenfalls wichtig. Das oft genutzte, leichte Aluminium wird bei sehr hohen Maximaltemperaturen beispielsweise durch Edelstahlbauteile ersetzt. Während Stahl- bzw. Edelstahlkupplungen mit einem speziellen Micro-Plasma-Schweißverfahren verbunden werden können, ist diese Methode bei Kombinationen von Aluminium und Stahl nicht geeignet. Hier können Klebeverfahren zum Einsatz kommen, die allerdings bei extremen Betriebsbedingungen (Chemikalien, sehr hohe oder niedrige Temperaturen) versagen können. Speziell bei Kupplungen auf der Eingangsseite eines Planetengetriebes kann es bei kritischen Anwendungen zu hohen Temperaturen kommen, welche die Klebeverbindungen lösen könnten.

Das von JAKOB entwickelte und lange Zeit patentierte Fügeverfahren (Bördel-Einpressverfahren) hingegen ist optimal geeignet um mehrlagige Edelstahlbälge spielfrei mit Aluminiumnaben zu verbinden. Hier ist der Betrieb auch in  Temperaturbereichen von -50°C bis +350°C sicher möglich.

Sind alle Kriterien berücksichtigt worden, kann eine passende Kupplung gewählt werden. Im Zweifelsfalle berät der Hersteller hier gerne.