Die Verbindung von Antriebskomponenten mit großen Achsabständen stellt im Maschinenbau ein immer wiederkehrendes Problem dar und gerade in den Bereichen Palettier- und Verpackungsanlagen sowie Linearführungen kommen häufig sogenannte Distanzkupplungen als Verbindungswellen zum Einsatz. Der Trend zu höheren Drehzahlen, Drehmomenten und Antriebsleistungen war in diesen Anwendungen in der Vergangenheit mit den „traditionell“ verwendeten Materialien an Grenzen gestoßen. Im Zeichen der Produktivität und Rentabilität müssen Schäden an Maschinen und damit verbundene Produktionsstillstände um jeden Preis verhindert werden. Die Distanzkupplungsreihe WDS ist als spielfreie Servokupplung konzipiert: Sie besteht aus einem längenvariablen Zwischenrohr, das an beiden Enden durch torsionssteife, flexible Metallbalgkupplungen versehen ist.

Die Nutzung unterschiedlichster Materialien für das Zwischenrohr erlaubt den Ingenieuren von JAKOB anwendungsabhängig Distanzen von bis zu sechs Metern zu überbrücken und gleichzeitig hohe Drehzahlen zu ermöglichen, während aufwendige Zwischenlager oder Lagerblöcke unnötig werden. Besonders wichtig ist die präzise Fertigung der Kupplungskomponenten. Optimale Rundlaufeigenschaften sind unverzichtbar, um ein ruhiges Laufverhalten zu sichern. Distanzkupplungen von JAKOB decken im Standardprogramm Drehmomentbereiche von 10 bis 1600 Nm ab und sind für Wellenzapfen von 6 bis 100 mm ausführbar. Speziell die Ausführungen mit Zwischenrohren aus Kohlenfaserverbunden erlauben Drehzahlen von 10000 U/min und höher, je nach Größe des Achsabstandes und anderer Betriebsparameter.

Die Zwischenrohre, die die beiden Kupplungselemente verbinden, werden aus Materialien gefertigt, die eine Leichtbauweise erlauben: Aluminium, Edelstahl oder glasfaser- oder carbonfaserverstärkte Kunststoffe. Zusätzlich ermöglicht der Einsatz dieser Materialien die Verwendung der Kupplungen unter feuchten und korrosiven Umgebungsbedingungen, sie sind korrosionsbeständig. Die Synchronwellen der Reihe WDS sind unter regulären Bedingungen wartungs- und verschleißfrei. Der zulässige Betriebstemperaturbereich reicht von -40°C bis zu maximal +200°C. Bei Verwendung von CFK-Rohren ist der Einsatz aufgrund des verwendeten Matrixmaterials auf 120°C begrenzt. Diese Temperatur sollte nach Möglichkeit nicht, bzw. nur kurz (bis 150°C) überschritten werden.

Nicht nur ist ein CFK-Zwischenrohr erheblich leichter als ein vergleichbar großes Stahlrohr (ca. 1/5 des Gewichtes), gleichzeitig kann es sich je nach Fasertyp durch eine höhere Steifigkeit und ein deutlich besseres Abklingverhalten auszeichnen. So werden Schwingungen zwischen fünf und zehn Mal so schnell in einem CFK-Zwischenrohr abgebaut, die gesamte Anlage kann somit ruhiger laufen. Somit wirkt sich der Einsatz von CFK positiv auf die restlichen Komponenten des Antriebs aus, indem beispielsweise Metallbälge und Lager entlastet werden. Das verbesserte Verhältnis zwischen Masse und Steifigkeit ermöglicht dann, die biegekritische Drehzahl zu erhöhen, den Achsabstand weiter zu vergrößern oder kleinere Durchmesser des Zwischenrohrs zu verwenden. Zwar ist eine Distanzkupplung mit einem aus CFK gefertigten Zwischenrohr in der Anschaffung teurer als eine vergleichbare konventionelle Lösung, jedoch verringern sich gleichzeitig die Kosten für die gesamte Anlage durch wegfallende Zwischenlager erheblich.

Eine spezielle kardanische Lagerung macht es möglich, dass das Gewicht des Zwischenrohres auf den Naben lastet, die Ausgleichselemente werden entlastet. Im Falle eines Crashs ist somit gewährleistet, dass sowohl Anlage als auch Bediener vor möglichen Schäden geschützt werden können. Die WDS-Reihe kann als Synchron-, Gelenk-, oder Verbindungswelle eingesetzt werden und bietet die gleichen Vorzüge wie klassische Metallbalgkupplungen: eine hohe Torsionssteife und geringe Rückstellkräfte beim Ausgleich von Versätzen. Fluchtungsfehler, insbesondere Parallelversätze können in erheblichem Maße ausgeglichen werden. Je nach Länge des Zwischenrohres lassen sich somit radiale Wellenversätze von bis zu 10mm/m ausgleichen.

Bei der Montage wurde besonderes Augenmerk auf die Ergonomie am Arbeitsplatz gelegt: durch die Halbschalenausführung der Naben muss das Gewicht während der Montage nicht gehalten werden. Die festen Nabenhälften können hierzu auf die Wellenzapfen aufgelegt werden, während die jeweils anderen Hälften angebracht werden, eine Distanzkupplung kann somit normalerweise von einer einzelnen Person montiert werden. Eine Distanzkupplung mit einem CFK-Zwischenrohr ist dabei bis zu 80% leichter als eine vergleichbare Stahlversion. Bei Bedarf werden die Kupplungen auch mit anderen Anbindungen gefertigt, beispielsweise Konusspannringnaben, axial verschiebbare Klauennaben und Flanschverbindungen.

Jakob Antriebstechnik unterstützt potenzielle Kunden bei der Auswahl der optimalen Distanzkupplung. Dabei lassen sich maximale radiale Verlagerungen von der Zwischenrohrlänge direkt ableiten. Hierfür wurde eine spezielle Software für Jakob entwickelt, die anhand der gegebenen Parameter ein Datenblatt mit detaillierten Informationen erstellt. In diesem lassen sich elastische Verformung, biegekritische Drehzahl, Torsionssteife der gesamten Welle, Verdrehwinkel, Gewicht, Masseträgheitsmomente und Ausgleichsversatz schnell ablesen, die Entscheidung für eine der möglichen Varianten wird deutlich vereinfacht.

Außer den Verbindungswellen der Reihe WDS bietet Jakob weitere Lösungen für die Überbrückung großer Achsabstände an: die auf Elastomerkupplungen der Reihe EKH basierende Reihe EKHZ. Der Einsatzbereich der Reihe EKHZ liegt hauptsächlich in Anwendungen mit mittleren Betriebsdrehzahlen. Sie deckt einen Drehmomentbereich von 20 bis 1600 Nm ab und erlaubt maximale Drehzahlen von 3500 U/min bei der minimalen Länge von 50 cm. Sie eignet sich für Wellendurchmesser von 10 bis 100 mm. Allgemein beträgt die erreichbare maximale Länge der Reihe EKHZ drei Meter. Die Reihe EKHZ erlaubt es, Schwingungen effizient abzubauen. Der Grad der Schwingungsdämpfung lässt sich durch die Shorehärte der Ausgleichselemente anpassen. Die verwendeten Kunststoffsterne bieten zwei Vorteile: auch ohne Halbschalenausführung lassen sich die Kupplungen, da steckbar, einfach montieren. Zudem wirkt der Kunststoff thermisch und elektrisch isolierend. Aufgrund der Eigenschaften des verwendeten Materials können diese Kupplungen nur bis 90°C eingesetzt werden, wobei sich das zulässige Übertragungsdrehmoment mit zunehmender Temperatur reduziert.

Das Lieferprogramm von JAKOB Antriebstechnik für den Bereich der Distanzkupplungen wird durch die Baureihe WD-VA komplett in Edelstahl und der Low-Cost-Baureihe WDE vervollständigt.

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