Auf dem Prüfstand

Der Metallbalg aus hochelastischem Edelstahl bildet das Herzstück jeder Metallbalgkupplung

In fast allen Industrien und Branchen finden Prüfstände ihren Einsatz – sei es für Versuche, Simulationen oder Dauerfestigkeitsprüfungen. Auf ihnen lassen sich die verschiedenen technischen Bauteile und Komponenten prüfen oder diversen, anspruchsvollen Tests unterziehen. Auch unter teils extremen Prüfbedingungen müssen Prüfstände verlässliche und möglichst genaue Messergebnisse liefern. Dabei spielen neben den hohen technischen Anforderungen auch die Kosteneffizienz und Betriebssicherheit eine zentrale Rolle. Ein weiterer Aspekt: Prüfstände müssen sich vielfach an die unterschiedlichsten Prüfverfahren anpassen lassen. Das sollte so einfach und schnell wie möglich funktionieren. In vielen Fällen müssen zudem teure Antriebsstrangkomponenten, wie z. B. Motoren, Getriebe oder Drehmomentmessflansche, vor unerwarteten Drehmomentüberlasten geschützt werden. Kupplungen und Gelenkwellen leisten in diesem Zusammenhang einen wichtigen Beitrag.

Sicherheit – auch in Ausnahmesituationen

Genau hier setzt R+W Antriebselemente an: R+W verfügt über ein breites Portfolio an Präzisions- und Industriekupplungen, die sich für die unterschiedlichsten Bedürfnisse eignen. Kunden erhalten eine passende Kupplung – mal als Standardausführung oder auch als bedarfsgerechte Sonderlösung. Gerade wenn es darum geht, die Belastungsgrenzen neu entwickelter Bauteile und -gruppen zu simulieren, sind Messungen auf dem Prüfstand unerlässlich. Sie sollen aber nicht nur an die Belastbarkeitsgrenze der zu prüfenden Bauteile gehen, sondern oft sogar darüber hinaus – bis zu ihrer Zerstörung. Entsprechend hoch sind die Anforderungen an die in den Prüfständen verbauten Komponenten: Sie müssen oftmals für extreme Anforderungen geeignet sein und häufig unter widrigsten Bedingungen sicher, verlässlich und exakt funktionieren. Sind sie „prüfstandstauglich“, ist dies oft ein besonderes Qualitätsmerkmal.

Gesucht: Sonderlösung für High-Speed-Anwendung

Im folgenden Fall benötigte ein Hersteller von Komponenten für Antriebstechnik eine Kupplungslösung mit Sicherheitsfunktion für einen Prüfstand zum Prüfen von Getrieben in Hybridantrieben in der Automobilbranche. Das Besondere: Das Prüfverfahren muss eine vergleichsweise hohe Drehmomentübertragung bei bis zu 24.000 Umdrehungen pro Minute abdecken. Zudem sollte die Lösung die Integration eines Drehmomentmessflanschs vorsehen und einen zuverlässigen Versatzausgleich sowie eine Sicherheitskomponente für den Überlastschutz bieten. Marco Benvenuti, der das Projekt für R+W Italia betreut, erklärt: „Der Kunde benötigte eine bedarfsgerechte Kupplungslösung, die den besonderen Anforderungen hinsichtlich der sehr hohen Betriebsdrehzahlen, der Drehmomentübertragung und -begrenzung, des Versatzausgleichs, der Bauraumgegebenheiten sowie der Montage und Demontagemöglichkeiten entspricht und zudem sicher, exakt und zuverlässig funktioniert. Hier kamen wir ins Spiel: Man kontaktierte uns im Wissen um unsere Stärke bei der Entwicklung von individuellen Sonderlösungen. Aber auch, weil R+W für ein sicheres, mechanisch einwandfrei funktionierendes Produkt bekannt ist.“

R+W als einer der führenden Hersteller und Technologieführer im Bereich der Präzisionskupplungen hat bereits in vielen Branchen des Prüfstandbaus Sonderlösungen entwickelt. Der gewünschte Prüfstand muss alle möglichen Szenarien erzeugen und aushalten sowie die geforderten technischen Leistungsdaten im dynamischen Betrieb garantiert wiederholen können. Dazu braucht es uneingeschränkte, dauerhafte Sicherheit und hohe Präzision während der Messungen. Nach einigen technischen Versuchen entwickelten die R+W-Kupplungsexperten eine Kombinationslösung aus der Präzisionssicherheitskupplung SK1/150 und der Metallbalgkupplung SP3/200, jeweils mit einer Anbindung zum vorgesehenen Drehmoment-Messflansch.

Für die Sonderlösung hat R+W die Anbindungen beider Kupplungen für die Montage mit dem Drehmoment-Messflansch angepasst: Sowohl die SK1 als auch die SP3 erhielten jeweils ein spezielles Flanschdesign. Marco Benvenuti: „24.000 Umdrehungen pro Minute sind ein Härtetest. Dazu haben wir eine Kupplungskombination entwickelt, die den Kunden zu 100 Prozent abholt.“

Gefunden: punktgenau gefertigte Sonderlösung

Das Mittelstück dieser Sonderausführung ist ein Drehmoment-Messflansch, welcher selbst bei sehr hohen Drehzahlen präzise und zuverlässige Messergebnisse liefert. Die Sicherheitskupplung gewährleistet einen sicheren Überlastschutz durch ihre exakte Drehmomentbegrenzung. Die torsionssteife Metallbalgkupplung wiederum gleicht axiale, angulare und laterale Wellenversätze zwischen An- und Abtriebsseite aus. Sie beugt hierdurch eventuellen Lagerschäden sowie daraus resultierenden Ausfallzeiten bzw. -kosten präventiv vor. In der Kombination stehen beide Kupplungen für höchste Prozesssicherheit, einen dauerhaften Betrieb der Anlage und niedrige Instandhaltungskosten.
In der neu entwickelten Sonderlösung wurde als Sicherheitskomponente die robuste und kompakte Präzisionssicherheitskupplung SK1 für eine exakte Drehmomentbegrenzung verbaut. Die Modellreihe ist je nach Größe und Ausführung im Drehmomentbereich von 0,1 bis 2.800 Newtonmeter erhältlich und lässt sich innerhalb des gewählten Einstellbereichs stufenlos einstellen. In der Sonderlösung für den Prüfstand mit dem speziellen Flansch sind für die SK1/150 Drehmomente von 40 bis 70 Newtonmeter bei einer maximalen Betriebsdrehzahl von 24.000 1/min vorgesehen. Dabei erfolgt die Drehmomentübertragung durch die kraftschlüssige Konusklemmverbindung und das bewährte spielfreie Funktionsprinzip der R+W Sicherheitskupplung. Die SK1 beweist zudem ein geringes Trägheitsmoment, verfügt in der gewählten Funktionsweise über keine Restreibung im Auslösefall und kann in einem Temperaturbereich von -30 bis +120°C eingesetzt werden.

Im Störfall und bei Überlast werden die An- und Abtriebsseite innerhalb von drei bis fünf Millisekunden voneinander getrennt. Die Kupplung gibt beim Ausrücken zudem ein Schaltsignal, welches mittels Näherungsschalter abgefragt werden kann. Hierdurch kann ein sofortiges Abschalten des Antriebs gewährleistet werden. Mit der freischaltenden Version wurde eine Ausführung verbaut, die speziell für Antriebe mit hohen Drehzahlen konzipiert wurde. Die Sonderlösung in gewuchteter Ausführung ist mit der Freischaltfunktion mit winkelsynchroner Wiedereinrastung ausgestattet: Nach Beseitigung der Überlast ist ein manuelles Wiedereinrasten der Sicherheitskupplung nach exakt 360 Grad der ursprünglichen Ausrastposition wieder möglich. Durch das bewährte Prinzip wird die Synchronizität einwandfrei sichergestellt.
Mit der torsionssteifen Metallbalgkupplung SP3/200 als zweiter Komponente, können in der Applikation Nenndrehmomente von bis zu 200 Nm übertragen werden. Bei der im Standard rotationssymmetrisch designten Modellserie werden hochpräzise Konusnaben mittels Außenkonus geklemmt. Der Versatzausgleich erfolgt durch den Metallbalg aus hochelastischem Edelstahl (Bild 3). Die kompakte Modellreihe besticht durch ihre bereits naturgemäß vorhandene sehr gute Wuchtgüte und große Laufruhe. Eine Voraussetzung für den Einsatz von Kupplungen in Anwendungen mit sehr hoher Drehzahl ist oftmals eine hohe Wuchtgüte. Daher wurde bei der Sonderlösung sowohl für die Sicherheitskupplung als auch für die Metallbalgkupplung eine zusätzliche spezielle Wuchtung mit Wuchtgüte G2.5 bei 24.000 1/min vorgesehen. Zudem wurde die komplette Einheit – Metallbalgkupplung + Drehmomentmessflansch + Sicherheitskupplung – im Ganzen nochmals entsprechend nachgewuchtet.

Bereit für die Zukunft

Prüfstände testen technische Komponenten und helfen somit, die Planungssicherheit der Unternehmen zu erhöhen. Mit hochpräzisen Kupplungen und einer innovativen Problemlösungskompetenz beweist R+W, wie sich Prüfstandstechnik auch in dauerhaften Grenzbereichen optimal und sicher einsetzen lässt. Marco Benvenuti: „Wir werden die Erfahrung, die wir bei der Entwicklung der Sonderlösung gemacht haben, auch für die Zukunft nutzen.“
So profitieren die Kunden auch aus anderen Branchen und Industriebereichen vom erworbenen Know-how und den Erkenntnissen. R+W Präzisions- und Industriekupplungen können in den verschiedensten Applikationen eingesetzt werden. Oftmals kann direkt aus dem R+W Standard-Produktportfolio die passende Kupplung ausgewählt werden. Für ganz besondere Anforderungen entwickelt der Kupplungsspezialist individuelle Sonderlösungen.

Haben Sie Fragen? Das R+W-Team hilft gerne weiter!