Scheibenkupplungen 101 von Bibby – Kraftübertragung weltweit 1

Wie den meisten Bauteilen, die dafür sorgen, dass industrielle Hochleistungs-Kraftübertragungen reibungslos und effizient laufen, schenken wir auch dem rotierenden Zylinder zwischen der Drehmomentquelle und der angetriebenen Vorrichtung häufig wenig Beachtung. Hochwertige Kupplungen können zwar jahrzehntelang problemlos in Betrieb sein, das Wissen, wie eine Scheibenkupplung funktioniert und worin sich verschiedene Kupplungen unterscheiden, ist aber äußerst wertvoll, wenn sichergestellt werden soll, dass bei der Bestellung eines neuen Teils das richtige Design gewählt wird. Es ist schließlich die Aufgabe einer Scheibenkupplung, die kostspielige angeschlossene Ausrüstung zu schützen.

Scheibenkupplungen werden für viele allgemeine und spezielle Industrieanwendungen verwendet, bei denen eine effiziente Drehmomentübertragung erforderlich ist. Sie nehmen Fehlausrichtungen auf und gleichen die Endbewegung zwischen antreibender und angetriebener Maschine aus. Scheibenkupplungen können das Drehmoment mit einem Wirkungsgrad von über 99 % wartungsfrei übertragen, selbst in ungünstigen oder Umkehranwendungen. Verschiedene Anwendungen schreiben die Verwendung einer bestimmten Kupplung vor, generell gibt es aber zwei Hauptversionen.

Diese beiden Kupplungsgrundversionen sind die traditionelle und die so genannte „Drop-in“ Kupplung. Sie unterscheiden sich darin, wie sie die durch die Drehmomentübertragung verursachte Biegung aufnehmen. Traditionelle Scheibenkupplungen bestehen aus fünf Grundelementen – zwei Naben, einem Zwischenstück und zwei drehelastischen Scheiben. Die Anschaffungskosten sind bei dieser leichteren Version niedriger. Die Drop-in-Kupplung besteht aus nur drei Grundelementen: zwei Naben und einem werksseitig montierten Zwischenstück, das elastische Einsätze aufweist. Diese Version führt zu kürzeren Montagezeiten (einfach einzusetzen, daher der Name) und einer höheren Ausgleichklasse.
Scheibenkupplungen übertragen nicht nur das Drehmoment mit fast vollkommenem Wirkungsgrad, sondern liefern auch einen überragenden Ausgleich von Winkel- und Parallelversatz. Anders als bei üblichen elastomeren Kupplungstypen, bei denen ein einzelnes biegsames Element alle Versatzarten aufnimmt, gleicht in einer Scheibenkupplung eine einzelne Scheibe nur den Winkelversatz aus. Zum Ausgleich von Parallelversatz werden doppeltelastische Kupplungen benötigt. Beim Bestellen einer Kupplung ist hinsichtlich ihrer Fähigkeit, Endbewegungen auszugleichen, auch das freie Längsspiel (free end float rating) ein wichtiger zu berücksichtigender Faktor.

Die Verschraubungsanordnung für Kupplungen ist eines der wichtigsten Konstruktionsmerkmale. Antrieb und Abtrieb sind mit der gleichen Anzahl von Schrauben mit der Kupplung verschraubt. Die Drehmomentübertragung erfolgt in Spannung durch die Hälfte der Verbindungselemente der elastischen Scheiben zwischen den Naben und den Zwischenstücken. Die übrigen Verbindungselemente sind auf Druck beansprucht und werden im Allgemeinen in den Nennwerten nicht berücksichtigt. Auf Druck beanspruchte Verbindungselemente neigen unter Belastung zum Einknicken, weshalb elastische Scheiben gewöhnlich beim Einbau vorgespannt werden, damit die auf Druck beanspruchten Abschnitte sich beim Zusammendrücken auf ihren Neutralzustand entlasten können.

Die beiden am meisten verwendeten Scheibentypen sind geradseitige und gebogte elastische Scheiben (obwohl runde Scheiben in vielen älteren Kupplungsversionen noch häufig verwendet werden). Geradseitige Scheiben sind torsionssteifer, erfordern daher weniger Vorspannung und sind etwas einfacher zu montieren. Gebogte Scheiben sind “belastungsoptimiert”, d.h. sie sind leichter und weniger steif. Allerdings sind ihre Randbelastungen größer, so dass der Rand eine bessere Oberflächenqualität aufweisen muss. Die gebogten Scheiben erfordern kostspieliges Funkenerodieren (EDM) und eignen sich am besten für kundenspezifische bzw. Hochgeschwindigkeitsanwendungen.

Mithilfe der Finite-Elemente-Methode wurde gezeigt, dass Material aus dem Bereich in der Mitte der Spannweite zwischen Schraubenlöchern entfernt werden kann, ohne die Fähigkeit der Scheibe zum Ausgleichen von Axial- und Winkelversatz zu beeinträchtigen. Geradseitige und gebogte Scheiben liefern also die gleiche Leistung. Geradseitige Scheiben eignen sich aber besser für schwankende und Umkehrlasten, wie sie in allgemeinen Anwendungen oft anzutreffen sind. Bei der Wahl des Scheibentyps sind daher die Drehmomentanforderungen oft der ausschlaggebende Faktor.

Anwendungen, in denen Scheibenkupplungen benötigt werden, finden sich überall in der Industrie, nämlich überall dort, wo die Drehmomentübertragung zwischen antreibenden und angetriebenen Maschinen notwendig ist. Typische Anwendungen sind Pumpen, Kompressoren, Werkzeugmaschinen, Motorantriebsausrüstung, Lebensmittelverarbeitungsanlagen, Gebläse und Lüfter sowie Prüfausrüstungen.

Kupplungen sollten Bauteile sein, die man nach dem Einbau vergessen kann. Viele Konstruktionsdetails müssen aber zum Zeitpunkt der Bestellung erörtert werden, um viele Jahre wartungsfreien Betrieb und den Schutz anderer rotierender Teile, die an die Kupplungen angeschlossen sind, zu gewährleisten. Qualitätshersteller wie Bibby bieten Beratung und Kundendienst vor und nach dem Verkauf für alle Anwendungen, damit sichergestellt wird, dass die richtige Kupplung gewählt wird.

www.bibbytransmissions.co.uk