R+W App Kupplungen in der Augmented Realität, Bild: R+W

Auf der Hannover Messe 2017 machte R+W mit einem Gewinnspiel auf die firmeneigene App aufmerksam. Damit können sich Entwickler die Kupplungen des Unternehmens in der Augmented Realität ansehen. Bild: R+W

Die Anforderungen steigen dabei mit den Anwendungen. Deshalb gilt es sich vorher genau die richtige Komponente auszuwählen.

Der Maschinenbau ist so facettenreich wie faszinierend. Das sieht man an Kupplungen. Wieso gerade bei den Kupplungen? Die Kunden im Maschinenbau stellen ganz unterschiedliche Ansprüche. Bei Verpackungsmaschinen beispielsweise werden Konstrukteure oft mit hohen Anforderungen an die Gesamtsteifigkeit konfrontiert. Oftmals müssen Konzepte so ausgelegt werden, dass eine hochgenaue Positionierung unter enormen Beschleunigungs- und Taktzyklen möglich wird. Das gilt auch für Druckmaschinen, Industrieroboter oder Automationsanlagen, die unter solchen Anforderungen zuverlässig arbeiten müssen.

Sicherheitskupplung, Bild: R+W
Die steckbare Sicherheitskupplung ES2 im Walzwerk. Bild: R+W

Zugleich gibt es Maschinenkonzepte, die Konstrukteure und Entwickler vor ganz andere Herausforderungen stellen. Denn oftmals stehen die Maschinen in extremen Umgebungen und müssen dennoch konstant und verlässlich gefahren werden können. Ob außergewöhnliche Verschmutzung in der Aufbereitungs- und Prozesstechnik, überdurchschnittliche Temperaturschwankungen bei der Stahlerzeugung oder enorme physikalische Kräfte in der Marinetechnik, die Maschine muss funktionieren.

Der Kupplungshersteller R+W Antriebselemente hat deshalb die zwei Themenbereiche „Präzisionskupplungen“ und „Industriekupplungen“ geschaffen. Diese bieten Konstrukteuren und Entwicklern weltweit einen schnellen Zugang zum passenden Kupplungssystem und bieten darüber hinaus applikationsgerechte Lösungen für viele unterschiedliche Anwendungsgebiete.

Kupplungen in besonderer Umgebungstemperatur

Zahnkupplung ST4, Bild: R+W
Die flexible Zahnkupplung ST4 mit Bremsscheibe. Bild: R+W

Das Fachgebiet der Weiterverarbeitung von Stahl und NE-Metallen ist enorm. Eine der ersten Anwendungen im diesem Bereich der Industriekupplungen ergab sich für den Kupplungsspezialisten schon vor mehr als 20 Jahren. Ein Hersteller von Warmbandstahl benötigte neue Kupplungen für seine Kühlstraße. Auf dieser wird das fertiggewalzte Band von über 1.300 Grad Celsius durch das Besprühen mit Kühlwasser auf rund 800 Grad Celsius heruntergekühlt. Anschließend wird es von der Haspelanlage zu einem Coil gewickelt.

Die Kühlstraße besteht aus über 50 einzeln angetriebenen Vorschubrollen, die den Rollgang bilden. Zuvor wurden dort einfache Klauenkupplungen eingesetzt. Diese waren mit Polyamid-Elementen für den Wellenversatzausgleich bestückt und fielen durch die hohen Abstrahltemperaturen des Warmbands von oft aus. Das wurde auf Dauer teuer, denn Maschinenstillstände und Bevorratung mit Ersatzkupplungen kosten letztlich Geld. Hinzu kam, dass der Austausch jedes Mal zeitaufwendig war. Denn die beengten Einbauverhältnisse ließen keine schnelle Arbeitsweise zu.

Genau dafür entwickelte der Spezialist für Kupplungen eine Lösung auf Basis des Klassikers der Metallbalgkupplungen der BK2. Für den Einsatz in hochdynamischen Servoantrieben war diese Kupplung bereits seit etlichen Jahren ein beliebter Standard zur torsionssteifen Übertragung von Drehmomenten — und das bei gleichzeitig flexiblem Ausgleich von Wellenversätzen. Wegen der rauen Umgebung wurden dann einige Modifikationen vollzogen. Die Klemmnaben sind am Ende nicht wie üblich aus hochfestem Aluminium sondern aus Stahl. Eine durch das besondere Härteverfahren entstehende Oxidschicht bildet einen hocheffizienten Korrosionsschutz gegen das einwirkende Kühlwasser. Als zusätzliche Sicherheit wurde eine Balgbruchsicherung integriert. Für den Fall, dass der Edelstahlbalg durch Überlasten oder nicht fachgerechte Montage einen Schaden erleiden sollte, kann mit Hilfe der Balgbruchsicherung noch immer das Drehmoment zuverlässig übertragen werden. Somit reduzieren sich sowohl die Ersatzteilbevorratung im Magazin als auch Stillstandzeiten für den Austausch der Kupplungen auf die einmal jährliche Regelwartung.

Höhere Drehmomente in der Adjustageanlage

Ein anderer Einsatzort verlangte nach einer Absicherung gegen Drehmomentspitzen. Die Adjustageanlage, bestehend aus zwei höhenverstellbaren Arbeitswalzen, ist verantwortlich für das Richten der Planheit von Blechen. Als Antrieb erzeugt ein 30 kW Elektromotor bei 1.150 rpm ein Drehmoment von rund 250 Nm. Die ursprünglich eingesetzte Elastomerkupplung mit integrierter Bremsscheibe übertrug dabei das Drehmoment zur Eingangswelle eines Verteilergetriebes. Dieses wiederum dient sowohl der Untersetzung, als auch zur Drehmomentverteilung auf die zwei Arbeitswalzen, welche über Kardanwellen mit den Getriebeausgangswellen verbunden sind.

Nun variiert zuweilen die Eingangsdicke des zu richtenden Bleches, was dazu führt, dass sich dieses vor den Arbeitswalzen verkantet und so einen extremen Drehmomentstoß verursacht. Eine Situation die mehrfach pro Woche eintreten kann. Diese extremen Überlastspitzen führten im Laufe der Zeit zu wiederholten Schäden an einzelnen Anlagenkomponenten wie den Kardanwellen, Ölabstreifern, Walzenoberflächen, bis hin zu teuren Getriebeschäden.

R+W konnte als Problemlösung eine Elastomerkupplung mit integrierter mechanischer Präzisionssicherheitskupplung liefern. Dieser, nach dem „federvorgespannten Kugel-Rast-Prinzip“ arbeitende Drehmomentbegrenzer, trennt bei einem voreingestellten Drehmoment im Bereich weniger Millisekunden den Kraftfluss. Sofern das anliegende Drehmoment sich wieder normalisiert hat, rastet die Kupplung selbständig wieder ein um das Betriebsdrehmoment weiter zu übertragen. Der Ausrastvorgang kann mittels Näherungsschalter überwacht werden, dieser teilt das Schaltverhalten mit und eine sofortige Abschaltung der Maschine kann veranlasst werden. Die Ingenieure konnten die Geometrie der Kupplung soweit anpassen, dass ein Austausch der Kupplung ohne Umbau anderer Anlagenkomponenten möglich wurde. Für den Kunden bedeutet das einen unkomplizierten und günstigen Umbau sowie eine künftig höhere Maschinenverfügbarkeit. Es zeigt sich also, dass die Konstruktion noch lange nicht am Ende angelangt ist und es bleibt weiter spannend. ssc