
Wie schaffen es Kupplungen in der Metallverarbeitung oder im Bergbau, Abschaltmomente von mehreren Millionen Newtonmetern zu bewältigen?
Heavy-Duty-Anwendungen stellen extreme Anforderungen an Kupplungen. Es gilt, sehr widrigen Umgebungsbedingungen zu widerstehen und enorme Kräfte zu übertragen. Dieser Beitrag gibt einen Überblick über Applikationen mit Abschaltdrehmomenten von bis zu mehreren Millionen Newtonmetern.

Was ist eigentlich eine Schwerlast- oder Industriekupplung?
Die DIN 740 zur Auslegung von Kupplungen unterscheidet keine Klassifizierung verschiedener Kupplungen. Es handelt sich um eine Eingruppierung, welche die Experten von R+W vornehmen, um Kupplungen mit enormen Drehmomenten, die unter widrigen Umgebungsbedingungen zum Einsatz kommen, von Präzisionskupplungen für Servoantriebs-Applikationen zu unterscheiden. Letztere finden sich beispielsweise in Abfüllanlagen oder der Fertigungsautomatisierung und somit in Anwendungen, die eine absolut spielfreie Drehmomentübertragung bei kompakten Abmessungen und geringem Gewicht voraussetzen, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen. Christopher Monka, Senior Account Manager bei R+W, erläutert die Abgrenzung: „Im Gegensatz zu unseren wartungsfreien Präzisionskupplungen werden Schwerlast- bzw. Industriekupplungen meist in Verbindung mit Umrichter betriebenen (A-)Synchron-Großmotoren eingesetzt, die teils deutlich mehr als 1000 Newtonmeter Betriebsdrehmoment leisten.
In diesen Anwendungen stehen die Robustheit und Widerstandsfähigkeit an erster Stelle.“ Konkret fordern diese Schwerlastanwendungen eine Beständigkeit gegen extreme Temperaturen und aggressive Medien, ohne dass die Wirtschaftlichkeit darunter leidet.
Denn meist braucht es für die Produktion dieser Großkupplungen Spezialmaschinen und großes Knowhow. R+W verfügt als Spezialist für außergewöhnliche Anwendungen ab Losgröße 1 über die entsprechenden Produktions- und Fertigungsanlagen im Stammwerk in Wörth am Main. Doch in welchen Applikationen kommen diese robusten Kupplungen zum Einsatz?
Metallverarbeitende und -erzeugende Industrie
In Bandscheren zum Schneiden von Metall werden Zahnkupplungen mit sehr hoher Leistungsdichte eingesetzt. Sie können auf kleinstem Raum Drehmomente von mehreren Hunderttausend Newtonmetern übertragen. R+W bietet mit der Baureihe BZ1 eine flexible Zahnkupplung mit Passfederverbindung sowie mit der BZA eine längenvariable Zahnkupplung. Beide sind in Varianten verfügbar, die zwischen 1900 und 480000 Nm übertragen. Nachteile dieser torsionssteifen Zahnkupplungen finden sich im vergleichsweise hohen Wartungsbedarf und dem Zahnflankenspiel, das sie wenig geeignet für reversierende Antriebe macht. Rollgänge, die zur Beförderung von Stahlbrammen genutzt werden, stellen höchste Anforderungen an die Temperaturbeständigkeit sowie die Widerstandsfähigkeit gegen Schmutz und Vibrationen. Verdrehsteife Lamellenkupplungen mit Passfederverbindung wie die LP1 D von R+W oder die LP3 mit Konusklemmnabe haben sich in dieser Anwendung bewährt. Diese Kupplungen punkten neben ihrer Robustheit mit ihrer Montagefreundlichkeit und Leistungsdichte. Sie übertragen Drehmomente von 350 bis 50000 Nm.
Heavy-Duty-Metallbalgkupplungen finden sich beispielsweise in Drahtwalzwerk-Anwendungen. Sie spielen ihre Vorteile hinsichtlich torsionssteifer und spielfreier Kraftübertragung aus. Insbesondere die laterale Federsteifigkeit ist deutlich höher als die der Lamellenkupplungen. R+W führt für diese Applikationen beispielsweise die Metallbalgkupplung BX4 mit Passfederverbindung zur Übertragung von Drehmomenten von bis zu 100000 Nm.
Christopher Monka ergänzt: „In der metallverarbeitenden Industrie, speziell in Walzwerken, geht es zudem häufig um den Schutz vor Drehmomentspitzen. Hierbei kommen Überlastkupplungen zum Einsatz, die das Getriebe oder den Motor vor Schäden bewahren, falls beispielsweise Material falsch zugeführt wird. Hierfür haben sich Sicherheitskupplungen nach dem federvorgespannten Kugelrastprinzip bewährt. Diese haben wir ebenfalls bereits in Ausführungen gefertigt, die eine Übertragung von mehreren Hunderttausend Newtonmetern erlauben.“
Großprüfstände
R+W hat die größte Sicherheitskupplung der Welt entwickelt – für einen Windkraftanlagenprüfstand.
Bei diesem wird nicht nur das Getriebe geprüft, sondern die gesamte Gondel. Die Kupplung vom Typ ST1R agiert ebenfalls nach dem federvorgespannten Kugelrastprinzip, hat einen Durchmesser von mehr als 4 m und ein Abschaltmoment von 20 Mio. Nm. Aber auch für Windkraftgetriebe- und -systemprüfstände fertigt R+W passgenaue, smarte Lösungen, beispielsweise Kombinationen aus Sicherheits- und Lamellenkupplungen oder Sicherheitskupplungen mit integrierten Bremsscheiben. Industriegetriebeprüfstände rüstet R+W mit Sicherheitskupplungen aus, die mit den größten spielfreien Elastomerkupplungen am Markt kombiniert werden können. Diese Elastomerkupplungen agieren schwingungsdämpfend und gleichen somit die Versätze zwischen An- und Abtrieb optimal aus. Ein Beispiel hierfür ist die STE Kupplung, die Drehmomente von 200 bis 14000 Nm überträgt.

Baustoffproduktion und Mining
Kaum eine Industrie stellt so hohe Ansprüche an die Robustheit der Antriebskomponenten wie der Bergbau sowie die Zement- und Baustoffproduktion. Insbesondere in Brechern, Pressen oder Mühlen, die große Gesteinsbrocken zerkleinern, herrschen extrem widrige Umgebungsbedingungen – gleichzeitig wirken enorme Kräfte, um diesen Heavy-Duty-Job zu erledigen. R+W fertigt für diese Spezialmaschinen kundenspezifische Überlastkupplungen, die den Motor vor Beschädigung schützen, falls sich zu harte Stoffe in die Zerkleinerungsanlagen verirren sollten. In Tunnelbohrmaschinen sind Sicherheitskupplungen der STN Baureihe seit vielen Jahren erfolgreich im Einsatz. Sie setzen auf eine Konusklemmverbindung und schützen die einzelnen Bohrmeißel zuverlässig vor Überlast. Diese Anwendungsvielfalt zeigt, kein Projekt ist wie das andere, wie auch Christopher Monka betont: „Oftmals geht es um Losgröße 1 in extrem Dimensionen zur Übertragung von enorm hohen Drehmomenten. Wir sprechen hier von Anlagen, die extrem teuer sind. Somit übernehmen unsere Kupplungen als schützende Komponente des Antriebssystems eine zentrale Rolle. Sie stellen sicher, dass Getriebe- oder Motorschäden vermieden werden, die in diesen Anwendungen enorme wirtschaftliche Folgen hätten.“
Schon seit Jahren ist Miniaturisierung ein wichtiges Ziel vieler Entwicklungen in Wissenschaft, Forschung und Technik. Insbesondere im Bereich der Medizintechnik ist eine stetige Präzisierung, eine immer weiter fortschreitende Verkleinerung der Apparaturen und eine Automatisierung zum Beispiel durch Compounding-Mischsysteme zu beobachten. Treibende Kraft sind die Anforderungen des Marktes nach erhöhter Leistung, Genauigkeit und steigender Kosteneffizienz.
Spätestens seit der Corona-Pandemie ist jedem die Bedeutung der Automatisierung von Prozessen in Laboren, Apotheken und Krankenhäusern deutlich geworden. Millionenfacher Bedarf an Tests, Medikamenten und Impfstoffen machte effiziente und präzise Herstellungsmethoden unerlässlich. Medikamente müssen in großer Zahl schnell und zuverlässig produziert werden. Hier kommt die faszinierende Welt der automatisierten Compounding-Mischsysteme ins Spiel, in der spielfreie Miniaturbalgkupplungen von R+W Antriebselemente eine entscheidende Rolle spielen.
In der pharmazeutischen Industrie sind hochmoderne Produktionsanlagen entscheidend, um die Herstellung großer Mengen an Impfstoffen und Medikamenten zu ermöglichen. Die ehemals manuellen Dosierungen und Abfüllungen durch medizinisches Personal werden mittlerweile von kompakten Ein- und Mehrkanal-Compounder-Systemen übernommen. Diese Systeme sind darauf ausgelegt, verschiedene Inhaltsstoffe und Wirkstoffe in genau definierten Mengen und Verhältnissen zu mischen, um die gewünschten Produkte herzustellen. Die Präzision und Effizienz dieser Mischprozesse sind von entscheidender Bedeutung, um sicherzustellen, dass die hergestellten Medikamente und Impfstoffe wirksam und sicher sind.

Der automatisierte Befüllprozess
In diesem Zusammenhang werden Mehrkanal-Compounder beispielsweise bei der Zusammenstellung von benötigten Inhaltsstoffen in Spritzen oder Infusionen gemäß patientenspezifischer Rezepturvorgaben eingesetzt. Sie können bis zu 20 Spritzen oder Infusionen gleichzeitig automatisch bestücken. Ein Steuerungscomputer übermittelt die jeweiligen Rezepturen an die Pumpensysteme, die diese entsprechend in kontinuierlichen oder diskreten Dosierungen zusammenstellen. Für diese Anwendungen werden ausschließlich Präzisionsmotoren eingesetzt, um die Anforderungen hinsichtlich kontinuierlicher oder diskreter Dosierungen sowie der erforderlichen Leistung und hohen funktionalen Anforderungen zu erfüllen.
Der Antriebsmotor gewährleistet einen gleichmäßigen axialen Weg des Spritzenkolbens, um das Gemisch in den Hohlkörper der Kanüle oder Spritze zu ziehen. Die Kraftübertragung vom Schrittmotor zum Kolbenadapter erfolgt dabei mithilfe einer Ausgleichskupplung, die unter anderem den montagebedingten Versatz zwischen den beiden Wellenenden des Schrittmotors und dem Kolbenadapter ausgleicht. Wesentlich für diesen äußerst sensiblen Prozess ist die absolute Spielfreiheit, Torsionssteifigkeit und Laufruhe des Antriebstrangs. Nur so kann ein vollständiges Mischergebnis im automatisierten Befüllprozess gewährleistet werden. Ein Schlüsselelement hierbei sind die Miniaturbalgkupplungen von R+W, die eine Vielzahl wichtiger Anforderungen der Anlagen erfüllen. Sie ermöglichen die präzise Übertragung von Drehmomenten und Bewegungen in den Mischprozessen, um sicherzustellen, dass die verschiedenen Inhalts- und Wirkstoffe gleichmäßig gemischt werden. Darüber hinaus erfüllen sie die Anforderungen an Hygiene und Reinheit, die in diesem Bereich unerlässlich sind.
Hohe Variantenvielfalt
Das aktuelle Portfolio an Miniaturbalgkupplungen umfasst dabei den Leistungsbereich von 0,01 bis 10 Nm, wobei Bohrungsdurchmesser von 1,0 bis 28,0 mm möglich sind. Wie bei jeder Metallbalgkupplung ist auch bei der Miniaturbalgkupplung der Metallbalg gleichzeitig zentraler Bestandteil und Ausgleichselement. Wie dieser ausgelegt ist, hängt davon ab, welche Anforderungen die Anwendung in der Praxis fordert, welches Drehmoment übertragen wird und wie hoch der auszugleichende Versatz ist. Miniaturbalgkupplungen müssen maximale Steifigkeit in Rotationsrichtung beweisen, um Rückstellkräfte, die beim Ausgleichen der Versätze entstehen, so gering wie möglich zu halten. Beides schafft die Miniaturbalgkupplung von R+W mühelos. Der torsionssteife Metallbalg überträgt das Drehmoment hochpräzise und gleicht radiale und axiale Versätze sowie den Winkelversatz sicher aus. Die verschiedenen Modelle und Serien sind unter anderem mit Klemmnaben – in geschlitzter, geteilter und Konusausführung – oder mit einem Konusspreizdorn für Hohlwellenanbindungen erhältlich.
„FEINSTE BEWEGUNGSKONTROLLE
UND EXAKTE JUSTIERUNG“
Vielseitige Anwendungsgebiete
In der Welt der hochpräzisen Mikroskopie ist exakte Justierung und feinste Bewegungskontrolle unerlässlich. R+W Miniaturbalgkupplungen erfüllen diese Anforderungen effizient und zuverlässig. Die Serie MK1/1 kam in der Variante Edelstahl geschweißt zum Einsatz und bietet präzise Bohrungsdurchmesser in einem kompakten Format von ca. 10 x 20 mm und einer zuverlässigen Drehmomentübertragung bis 0,10 Nm. Ihre Torsionssteifigkeit gewährleistet die Präzision ohne Beeinträchtigung der Mikroskopempfindlichkeit. Diese Kupplungen erleichtern die präzise Ausrichtung von optischen Elementen, verbessern die Bildqualität und steigern die Genauigkeit mikroskopischer Untersuchungen. Ihre Zuverlässigkeit und Langlebigkeit machen sie zu einer unverzichtbaren Komponente für den reibungslosen Betrieb moderner Mikroskopsysteme, sogar unter anspruchsvollen Reinraumbedingungen.


Die Integration der Miniaturbalgkupplungen der Serie MK2 in Variante 10 mit Klemmnabe in Zahnarztstühlen stellt ein weiteres Anwendungsbeispiel dar. Sie ermöglichen eine präzise Anpassung der Sitzposition, um eine optimale Behandlungsposition sowohl für das Fachpersonal als auch für den Patienten zu schaffen. Mit ihren kompakten Abmessungen von 27 x 15 mm bieten sie eine effiziente Lösung für begrenzte Raumverhältnisse. Diese Miniaturbalgkupplungen gewährleisten eine zuverlässige Drehmomentübertragung von 1,00 Nm, was für die genaue Steuerung und Einstellung des Zahnarztstuhls von entscheidender Bedeutung ist. Durch ihre leicht montierbare Klemmnabe ermöglichen sie zudem eine unkomplizierte Montage und Demontage, was eine effiziente Wartung und Anpassung des Zahnarztstuhls erleichtert.
Die Microflex-Kupplung FK1, die kleinste unter den Miniaturkupplungen, ist ein technologisches Meisterwerk. Mit winzigen Abmessungen von 9 x 4,5 mm spielt sie zum Beispiel eine entscheidende Rolle in der präzisen Ausrichtung von Geräten für die optische Biometrie-Augenvermessung. Durch die zuverlässige Übertragung kleinster Drehmomente von 0,01 Nm gewährleistet sie genaue und zuverlässige Messungen in der augenärztlichen Praxis. Ihre kompakte Bauweise minimiert den Platzbedarf und sichert gleichzeitig höchste Genauigkeit und Leistung in der Augenheilkunde. Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass Miniaturbalgkupplungen in der Labor- und Medizintechnik von unschätzbarem Wert sind. Sie heben die Genauigkeit medizinischer Geräte auf ein beispielloses Niveau und tragen so dazu bei, Leben zu retten und die Gesundheitsversorgung zu verbessern. Ihre präzise Funktionalität stellt sicher, dass sie in diesen hochspezialisierten Bereichen unentbehrlich sind

Heli-Factory aus Lindlar ist ein führendes Unternehmen, das beeindruckende Hubschraubermodelle im Maßstab 1:4 entwickelt und baut. Diese Modelle sind wahre Meisterwerke der Präzision und Detailverliebtheit und begeistern Kunden von Europa über die USA und Canada, die arabischen Länder bis nach Asien. Ein entscheidendes Bauteil dieser Modelle ist die spezielle Kupplung im Antriebsstrang des Heckrotors.
Die Konstruktion und Herstellung dieser Hubschraubermodelle ist sehr zeitintensiv und erfordert ein hohes Maß an handwerklichem Können. Standardmäßig werden etwa 120 Arbeitsstunden pro Modell eingeplant, bei besonders detailreichen Aufträgen können es auch bis zu 500 Stunden sein. Viele Bauteile werden im 3D-Druckerverfahren hergestellt und in der eigenen Lackiererei veredelt. Der Preis pro Modell liegt daher bei etwa 15.000 bis 50.000 Euro.


Kupplungen gewährleisten reibungslosen Betrieb und hohe Leistungsfähigkeit
Der Modellbauer setzt auf die hochwertigen Präzisionskupplungen der R+W Antriebselemente GmbH. Diese Kupplungen gewährleisten einen reibungslosen Betrieb und hohe Leistungsfähigkeit. Besonders geschätzt werden die Zuverlässigkeit und Präzision der Kupplungen im anspruchsvollen Bereich des Heckrotorwellenantriebs.
Lösung mit der EKL-Elastomerkupplung
Unser Kunde hat sich für die Elastomerkupplung EKL/2/B/8/8 von R+W entschieden. Die Hauptaufgabe dieser Kupplung besteht darin, die Drehbewegungen des Hauptrotors effizient und präzise auf den Heckrotor zu übertragen. Dabei muss sie in einem Aluminiumrohr mit begrenztem Außendurchmesser Platz finden und hohen mechanischen Belastungen standhalten.
Die Entscheidung für die R+W Elastomerkupplungen unterstützt den Kunden dabei, weiterhin führend in der Entwicklung und dem Bau von professionellen Hubschraubermodellen zu bleiben. Die Zuverlässigkeit, Präzision und Langlebigkeit unserer Kupplungen tragen maßgeblich zum Erfolg der Projekte bei und festigen die Position des Kunden auf dem internationalen Markt.
Unser Kunde ist von der Leistungsfähigkeit der R+W Kupplungen überzeugt und plant bereits weitere Projekte mit unseren Produkten. Die positive Rückmeldung bestätigt R+W als erfolgreichen Lösungsanbieter ab Losgröße 1.