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Dämpfen und Ausgleichen

10.01.2011
Für die Übertragung eines Drehmoments in Antrieben gibt es unterschiedliche Möglichkeiten. Angefangen von Riemen über Getriebe bis hin zu Kupplungen. Welche Lösung sinnvoll ist, hängt eng mit den wirtschaftlichen und sicherheitstechnischen Anforderungen zusammen. Auch die richtige Auslegung ist ein zentraler Punkt. Der folgende Beitrag zeigt an einigen Beispielen, welche Vorteile eine elastische Kupplung im Vergleich zu den anderen Varianten bietet.
Eine starre Verbindung in der Antriebstechnik, wie beispielsweise über eine Hülse, erfolgt überwiegend im privaten Low-Cost-Segment. Eine solche Lösung ist typisch für Hochdruckreiniger oder Holzspalter, bei denen nur Laufleistungen von unter 50 Stunden vorausgesetzt werden. Diese Technik ist aber auch im Industriebereich anzutreffen. Der Grund dafür ist oft, dass der Einkauf zunächst nur den Preisvorteil sieht. Das kann aber erhebliche Nachteile mit sich bringen. So werden Drehmomentspitzen bei der starren Verbindung zweier Wellen über eine Hülse ungedämpft übertragen und damit Spitzenbelastungen direkt an die angrenzenden Bauteile weitergeleitet. Auch die Entstehung von Zwangskräften ist zu beachten, da diese Verbindungsart keine Fluchtungsfehler aufnehmen kann, die beispielsweise aufgrund von Wärmedifferenzen, Fundamentabsenkungen oder Toleranzen entstehen. Aufgrund dieser Kräfte wird die Lebensdauer der Bauteile reduziert sowie Lager und Welle-Nabe-Verbindungen stärker belastet. Hinzu kommt, dass die Passfedern ausschlagen.

Zwei Wellen mit einer starren Hülse zu verbinden, wird gerade in der Agrartechnik noch häufig genutzt. Die Folge ist ein hoher Verschleiß im Getriebe. Untersuchungen auf einem Prüfstand ergaben, dass die Hülse der Hauptgrund war. Sind die Wellen hingegen über Kupplungen verbunden, ist der Verschleiß deutlich geringer. So ist nach dem Einbau einer Rotex 38 mit PA6-Zahnkranz von KTR die Lebensdauer aller Komponenten gestiegen. Dieser Kupplungstyp zeichnet sich durch kleine Abmaße, ein geringes Gewicht und niedrige Schwungmomente aus – und das bei hoher Drehmomentübertragung.

Aufgrund der präzisen Bearbeitung wird außerdem die Laufeigenschaft positiv beeinflusst und damit auch die Lebensdauer der Kupplungen deutlich erhöht. Sie gewährleisten eine drehschwingungsdämpfende Kraftübertragung und nehmen Stöße auf, die von ungleichmäßig arbeitenden Kraftmaschinen ausgehen. Zu den starren Verbindungen zählt auch das Hohlwellengetriebe, eine in der Industrie häufig eingesetzte direkte Koppelung von Antriebs- und Lastseite. Auch wenn diese Lösung unbestritten Vorteile in Bezug auf die Zuleitungen hat – eine elastische Entkoppelung findet hier nicht statt. Das bedeutet, dass der Körperschall ungedämpft übertragen wird. Die daraus entstehenden Geräusche können in bestimmten Anwendungen unerwünscht sein: So wurden die Seilwinden in einem Theater bislang direkt mit dem Hohlwellengetriebe gekoppelt. Dies führte aber zu Geräuschen; und wer möchte schon gerne während seines Theateraufenthalts die Hebebühnen hören?

Elastische Entkopplung

Als Lösung des Problems hat KTR eine elastische Bolzenkupplung des Typs Revolex KX 85 Spec zwischen Schneckengetriebe und Seilwinde eingebaut. Aufgrund der elastischen Entkoppelung laufen die Antriebe nun sehr geräuscharm – der Theaterbesucher kann die Vorstellung ungestört genießen. Diese drehelastischen und durchschlagsicheren Bolzenkupplungen sind axial steckbar und zeichnen sich besonders durch eine kurz bauende Konstruktion aus. Darüber hinaus bieten sie eine problemlose Demontage der Elastomerringe samt Bolzen im eingebauten Zustand und gleichen einen Wellenversatz jeglicher Art aus.

Auch ein Crash ist so besser beherrschbar, denn durch die Bestückung der Kupplung mit Überlastelementen werden andere Bauteile geschützt, so dass im Schadensfall meist nur sie ausgetauscht werden muss. Ausführungen ohne Kupplung lassen sich im Servicefall häufig auch schlechter demontieren und montieren. Beim Auftreten von Schwingungen sind elastische Kupplungen ebenfalls erste Wahl, da über unterschiedliche Härten der Elastomere verschieden starke Dämpfungen mit dem gleichen Kupplungstyp erreicht werden können. Viele Kupplungen sind zum großen Teil auch axial steckbar (Plug-and-play). Die leichte Montierbarkeit ist dabei nicht vergleichbar mit einer Welle-Nabe-Verbindung, die man warm aufziehen muss.

Der Vergleich zwischen Kupplung und Riementrieb als Übertragungselement zeigt meist ebenfalls deutliche Vorteile für die Kupplung. So wird in Kompressoren mit einer Kupplung ein höherer Wirkungsgrad erzielt als bei der Lösung „Motor-Keilriemen -Kompressor“. Dadurch spart der Anwender bares Geld. Denn durch den Verschleiß des Riemens und das daraus erforderliche Nachstellen entstehen große Radialkräfte an den Lagern des Antriebs, die bei der Verwendung einer Kupplung entfallen. Aber auch in der Montage und Demontage bieten Kupplungen dem Anwender meist Vorzüge: Viele Riemen lassen sich oftmals nicht öffnen und sind schwer auszutauschen.

Darüber hinaus wird das Einsatzspektrum des Riementriebs durch hohe Temperaturbereiche und Umwelteinflüsse wie Öle, Benzin, Wasser oder Staub beschränkt, da hier die Möglichkeiten des Riemenwerkstoffes begrenzt sind. Soll ein Gleichlauf (Synchronisierung) von mehreren Wellen realisiert werden, scheidet die Verwendung von kraftschlüssigen Riementrieben aufgrund des Dehnschlupfes ebenfalls aus.

Michael Brüning | SCOPE
Weitere Informationen:
http://www.scope-online.de/Antriebstechnik/Antriebstechnik---Elastomerkupplungen---Daempfen--und-Ausgleichen.htm

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