Bewährtes Prinzip kombiniert mit hoher Systemsteifigkeit
Robotergetriebekupplung - Mehrwert für die Antriebstechnik
Der
heutige Anlagen- und Maschinenbau in Deutschland boomt.
Eine Wachstumsrate in vielen Bereichen und Branchen von bis zu 15% im
letzten
Jahr bestätigt
dies eindeutig. Die Sparte der Antriebstechnik ist in den
letzten Jahren dem Zeichen und Anforderungen des Marktes gefolgt und profitiert
ebenso
von dem Wachstum. Die Vielfältigkeit an genormten und neu-entwickelten
Getrieben von namhaften Herstellern legt Richtungsweisende
Trends fest. So werden Getriebe dem Markt präsentiert die kompakter
und gleichzeitig auch flexibler und langlebiger sind. Konstrukteure, Entwickler
und Ingenieure
erfreuen sich zunehmend an mehr Konstruktionsfreiheit bei
der Auslegung und Gestaltung der Maschine oder Anlage. Geschaffen kann
diese Freiheit
nur durch eine höhere Leistungsdichte der einzelnen Komponenten.
Demzufolge muss die Leistung bezogen auf den Bauraum der
Komponente ( = Leistungsdichte) entweder erhöht oder das Bauteil
kompakter werden. Einige Getriebehersteller setzen bei den Produkten mit
der höchsten
Leistungsdichte bei der Anbindung zur Abtriebsseite auf
eine Formschlussverbindung. Diese wird durch einen definierten Lochkreis
mit einer Zentrierung realisiert.
An dieser Stelle bindet sich der Kupplungshersteller in
Klingenberg in die Reihe der Forderungen mit ein. Speziell für diese
Art der Anbindung wurde dem Markttrend gefolgt und eine
Metallbalgkupplung
mit Doppelflanschanbindung entwickelt
(Bild 1).
Moderne Metallbalgkupplungen bestehen grundsätzlich aus zwei Bauteilen: einem Edelstahlmetallbalg und unterschiedlich ausgeführten Naben. Je nach Applikation und den darauf abgestimmten geometrischen Abmessungen werden Naben als Flansche, Klemmnaben, Spreizdorne oder Konusspannsätze ausgeführt. Während die Nabe für die Anbindung der Kupplung an die An- und Abtriebsseite sorgt, ist es die Aufgabe des meist doppelwandig ausgeführten, zwischen An- und Abtriebsnabe positionierten Edelstahlmetallbalgs, die baubedingt auftretenden Fluchtungsfehler der zu verbindenden An- und Abtriebswelle zu kompensieren.
Als Ausgangsvariante wurde die erst Mitte 2005 entwickelte kompakte Metallbalgkupplung der Baureihe BKC gewählt. Die Kupplung zeichnet sich durch eine extrem kurze Bauweise und einer hohen Verdrehsteifigkeit aus und bringt somit beste Voraussetzungen um die Anforderungen der hohen Leistungsdichte (Leistung bezogen auf Bauraum) zu erfüllen. Der modulare Aufbau der Kupplung ermöglicht den Austausch der Klemmnabe durch eine Anbauflanschkombination. Hierbei dient der Flansch 2 als Verbindungselement zum jeweiligem Getriebe. Der im Flansch 1 größer dimensionierte Lochkreis für die Befestigungsschrauben gewährleistet dann eine schnelle und vor allem einfache Montage der gesamten Kupplungseinheit. Entsprechend der differenzierten Anbaumaße der möglichen Getriebevarianten werden diese speziell auf den jeweiligen Einsatzfall abgestimmt.
Neben den Drehzahlen und Drehmomenten müssen auch Dynamiken und Anwendungsgebiete zur optimalen Dimensionierung berücksichtigt werden. An dieser Stelle profitiert das Unternehmen R+W Antriebselemente GmbH von den jahrelangen Erfahrung in der Zusammenarbeit mit namhaften Getriebeherstellern. Dieses Wissen floss in die Entwicklung und Auslegung der etwaigen Robotergetriebekupplung direkt mit ein. Das Resultat daraus fordert kundenseitig just nur noch die Angabe der Getriebeart und der Anbaumaße. Restliche Daten bezieht der Kupplungshersteller am Untermain aus umfangreichen Datenbanken. Eine schnelle und vor allem wirtschaftliche Auslegung der Kupplung vereinfacht es somit den Kunden und Konstrukteuren.
Als Verbindungselement zwischen der Doppelflanschanbindung und der Abtriebsseitigen Kupplungsnabe können zwei unterschiedliche Lösungen angeboten werden. Beide Lösungen übernehmen zwei Funktionen im Antriebsstrang. Zum einen wird eine Drehbewegungen übertragen und zum anderen werden auftretende Wellenversätze kompensiert. Diese Ausgleichsfunktion spielt eine wesentliche Rolle innerhalb des gesamten Antriebsstrangs. Würde das Drehmoment über eine starre Anbindung von Getriebe- zur Abtriebeinheit übertragen, wären die durch den Versatz auftretenden Rückstellkräfte möglicherweise zu groß und könnten Lagerschäden verursachen. Die erste Lösung ist der Edelstahlmetallbalg, der unter wenigen Ausgleichselementen bei torsionssteifen Kupplungen während des Dauerbetriebs alle drei möglichen Versatzarten gleichzeitig (axial, angular, lateral) kompensieren kann. Bei Standardanwendungen sind Ausgleichswerte im angularen Bereich von bis zu 2 Grad und im lateralen Bereich von bis zu 0,35 mm möglich. Diese Ausgleichswerte sind allerdings keine absoluten Grenzwerte. Für Sonderlösungen kann die Wellenanzahl des Metallbalgs auf bis zu 20 erhöht und somit entsprechend größere Versätze ausgeglichen werden. Die zweite Lösung sind sogenannte Elastomerkränze. Diese wirken schwingungs- und stoßdämpfend im gesamten Antriebsstrang. Eine Variantenvielfalt bezogen auf den Härtegrad der Sterne ermöglicht eine optimale Anpassung der Dämpfungseigenschaften an die gesamte Applikation. Aufgrund des Aufbaus und der Vorspannung des Kranzes ist auch dieses Konzept absolut spielfrei. Die Elastomersterne von R+W zeichnen sich durch sehr geringe Rückstellkräfte, einer sehr guten Hystereseeigenschaft und einer hohen Abrieb- und Lebensdauerfestigkeit aus.
Zur Anbindung an die Abtriebseinheit nach dem Getriebe sieht das Unternehmen R+W Antriebselemente GmbH standardmäßig eine zweifach-geschlitzte Klemmnabe vor. Damit den Ingenieuren und Entwicklern trotz allem die oben angesprochene Konstruktionsfreiheit bei der Auslegung und Gestaltung der Maschine bleibt, sind optional Anbindungen über einen Flansch, die Passfeder oder der Konusklemmnabe möglich. Die kompakteste Lösungen biete eine Robotergetriebekupplung mit der Kombination Doppelflansch - Spreizdorn - Anbindung. Dieser Spreizdorn wird in die Hohlwelle der zum Abtrieb des Getriebes sitzender Komponenten montiert und überträgt das Drehmoment über eine Reibschlussverbindung. Für die Gesamtlänge der Kupplung ist nun einzig der Edelstahlmetallbalg oder der Elastomerkranz ausschlaggebend. Unter der Berücksichtigung der technischen Anforderungen können diese beiden an die Gesamtlänge angepasst werden. Je nach Baugröße der Robotergetriebekupplung und dem Einsatzgebiet ist das verwendete Material der Nabe Aluminium, Stahl oder Edelstahl.
"Die perfekte Verbindung" umfasst neben den technischen Vorteilen und Verbesserungen zu herkömmlichen Lösungen auch einen logistischen und Montagevorteil. Wird die Anbindung zwischen Getriebe und Abtriebsseite ohne die Robotergetriebekupplung realisiert wird eine zusätzliche Komponente (z. B. Adapterflansch) benötigt. Der Lageraufwand der Adapter für alle Getriebe mit Flanschverbindung ist durch die große Variantenvielfalt der Herstellerprogramme eine erhebliche logistische Zusatzbelastung. Ebenso erfordert die Serienmontage eine korrekte Zuordnung der einzelnen Bauteile (Kupplung + Adapter). Die Lösung bietet die Robotergetriebekupplung. Als "ein" Bauteil kann Sie als solches gelagert und später einfach montiert werden.
Die Robotergetriebekupplung ist für den gesamten Drehmomentbereich der Produktpalette von R+W verfügbar. Beginnend bei 0,5 Nm können Spitzenmomente von mehr als 10.000 Nm gehandelt und sicher übertragen werden. Anwendungsgebiete sind beispielsweise Werkzeugwechselsysteme bei Werkzeugmaschinen, Bestückungs- und Handlingsautomaten oder Anwendungen bei denen eine hohe Steifigkeit mit einer hohen Dynamik an erster Priorität steht.
Autor: Tobias Wolf, Produkt Manager bei R+W Antriebselemente GmbH
in Klingenberg
Metallbalgkupplungen sorgen für eine sichere und präzise Drehmomentübertragung in Maschinen und Anlagen
