KBK entwickelt Distanzkupplung aus Carbon

Eine Länge von sechs Metern – auch für erfahrene Profis im Kupplungsbau keine leichte Aufgabe. Präzisions-aluminiumrohre gelten als Lösung im Leichtbau von spielfreien Distanzkupplungen. Für den Kundenauftrag, den KBK Antriebstechnik erfüllen musste, stieß jedoch auch dieses Material an seine technischen Grenzen.

„Wir mussten uns etwas völlig Neuartiges ausdenken“, erklärt Sven Karpstein, Vertriebsleiter bei KBK. Aus Aluminium hätte die Distanzkupplung ein Gewicht von rund 18 Kilogramm erreicht. Abgesehen von der unpraktischen Handhabung bei der Montage hätte das hohe Eigengewicht zu leichtem Durchhängen der Kupplung geführt, sodass es bei schnellerer Rotation zum Aufschwingen des Systems gekommen wäre.

Verbundmaterial als Lösung

Die KBK-Ingenieure kontaktierten einen Hersteller von carbonfaserverstärktem Kunststoff (CFK) und konstruierten mit seiner Unterstützung auf Basis der Baugröße 28 der Distanzkupplung DRE eine nur rund drei Kilogramm schwere Distanzkupplung, die sich nicht durchbiegt und dadurch auch bei sechs Metern Länge eine relativ hohe Umdrehungszahl von rund 100 min-1 bei einem übertragbaren Nenndrehmoment von 160 Newtonmetern erreicht. Außerdem bietet diese Lösung eine hohe Torsionssteifigkeit. Die DRE lässt sich einfach radial montieren und wirkt schwingungsdämpfend durch beidseitige Elastomerzahnkränze.

Der Prototyp überzeugte den Kunden, der die Distanzkupplung für eine Automobilfertigungslinie benötigte. Die Naben wurden ebenso wie bei den Aluminiumvarianten mit dem Rohr verklebt. Dazu wurde das Klebeverfahren für den neuen Werkstoff abgewandelt. Sven Karpstein sieht die Entwicklung aber mit dem erfolgreichen Prototyp noch nicht am Ende: „Mit der Erfahrung aus dieser Entwicklung werden wir selbstverständlich je nach Kundenbedarf noch weitere Baugrößen der Carbon-Distanzkupplung konstruieren.“

Im Gegensatz zu einem vordefinierten Präzisionsaluminiumrohr kann das Carbon-Rohr exakt auf den Kundenauftrag abgestimmt werden. Kommt keine Standarddistanzkupplung infrage, weil sie zu schwer ist, nicht die erforderlichen Drehzahlen erreichen kann, ohne zu sehr zu schwingen, oder die Distanz zu lang für diesen Kupplungstyp ist, kann KBK anhand der mechanischen Anwendungsparameter ein hinsichtlich Gewicht, Geometrie und Drehzahl maßgeschneidertes Carbon-Rohr entwerfen, das dann im Filament-Winding-Verfahren individuell gefertigt und zu einer passenden Kupplung weiterverarbeitet wird. Mit solchen maßgeschneiderten Carbon-Kupplungen können bei relativ schlanker Größe und geringem Gewicht hohe Drehzahlen erreicht werden.

Für vergleichbare Anwendungsfälle mussten Aluminiumdistanzkupplungen bisher teilweise zwei Baugrößen größer als eigentlich erforderlich ausgewählt werden, damit das System im Betrieb nicht an die Belastungsgrenze kommt. Das bedeutete: mehr Gewicht, mehr Bauraum, deutlich höhere Kosten.

Distanzkupplungen mit Carbon-Rohren sind speziell für den Großmaschinenbau eine sehr gute Lösung, wenn es zum Beispiel darum geht, die Kinematik großer Portalanlagen für Pick-and-Place-Applikationen, Portalfräsmaschinen oder andere Linearachssysteme zu synchronisieren. jl