Oft herrscht die Meinung vor, dass eine direkte Verbindung mit der Motorwelle gegenüber dem Hohlwellengetriebe ein Vorteil sei. Dass der Verzicht auf eine Kupplung aber oft nur einen kurzfristigen Einspareffekt hat, zeigt die Betrachtung der Ausfallzeiten bei längerem Betrieb und anspruchsvollen Prozessen. Ein Kupplungshersteller teilt gerne seine Erfahrungen auf diesem Gebiet.

Die Beweggründe für die übergangslose Anbindung von Hohlwellen kennt Christopher Monka, Senior Account Manager bei R+W nur zu gut: „Die direkte Verbindung der Motorwelle mit der Hohlwelle ist zwar verlockend, weil sie zunächst kostengünstiger erscheint.“ Allerdings zeigt er auch auf, warum es sich lohnt, über Alternativen nachzudenken: „In der Praxis zeigt sich dann aber, dass es häufig zu vermeidbaren Ausfällen kommt. Ursache sind auftretende Stöße, Schwingungen und Biegemomente im Antriebsstrang, die direkt in die Anwendung übertragen werden.“

Monka ergänzt: „Treten dann noch unvorhergesehene Drehmomentspitzen auf, kann es schnell zum Crash kommen. Darüber hinaus sind unsere Kunden durch den Einsatz einer Kupplung in der Lage, kleinere Versätze im Antrieb auszugleichen.“ Viele Anwendungen, beispielsweise in großen Rührwerken der Chemie- und Lebensmittelbranche, in Biogasanlagen, in der Fördertechnik oder bei Fahrantrieben, setzen Hohlwellengetriebe in Kombination mit Kupplungen von R+W ein. Wenn man sich die dort vorkommenden, unterschiedlichen Aspekte und Störgrößen vor Augen führt, werden die Vorteile einer eingesetzten Kupplung deutlich.

Mehr Flexibilität

Eine Kupplung bei Hohlwellengetrieben befreit von den starren Vorgaben der Motorhersteller und unterstützt Bestrebungen der Standardisierung. Der Konstrukteur kann sich nämlich für einen bestimmten Standard-Getriebemotor entscheiden, an den dann beispielsweise drei verschiedene Rührwerke mit unterschiedlichen Wellendurchmessern angeschlossen werden. Dies erhöht die Flexibilität und spart Kosten. Schon bei kleineren Serien lohnt sich das, weil der Fertigungs- Lagerungs- und Administrationsaufwand sinkt. Der Flexibilitätsgedanke setzt sich fort bei der Wahl der Anbindung. Mit der Verwendung einer Kupplung stehen diverse Möglichkeiten oder Nabenausführungen zur Verfügung. Unabhängig davon, ob es ein Klemmkonus, eine Passfederverbindung oder eine Klemmnabe sein soll. Im Produktportfolio finden sich gleich zwei Kupplungen, die sich bereits im Standard für Hohlwellen-Applikationen eigenen. Eine ausgleichende und dämpfende Variante mit Konusspreizdorn, die Elastomerkupplung EK7, und eine torsionssteife Metallbalgkupplung mit Spreiznabe, die BK7. Wird darüber hinaus eine spezielle Kupplungsverbindung gewünscht, kann dies jederzeit realisiert werden.

Ist torsionssteif: Die Metallbalgkupplung BK7 mit Spreizdorn ist für eine Drehmomentübertragung von 15 – 300 Nm ausgelegt.
Mit dem Konusspreizdorn ist die Elastomerkupplung sehr geeignet für die Anbindung bei Hohlwellen.

Ausgleichen; Dämpfen; Isolieren

Der Herausforderung im Umgang mit den Stoß- und Schwingungseigenschaften von Applikationen und eventueller Achsversätze begegnet man mit spielfreien Elastomerkupplungen. Diese speziellen Kupplungen verfügen über einen Elastomerkranz zwischen beiden Nabenhälften. Er fungiert als Ausgleichs- und Dämpfungsmodul und ist maßgeblich für die Eigenschaften des gesamten Antriebsstrangs verantwortlich. Die eigens entwickelte Geometrie und die spezielle Fertigung der Elastomerkränze versetzen die Kupplung in die Lage, axiale, angulare oder laterale Wellenverlagerungen spielfrei auszugleichen. Sie bestehen aus TPU oder Hytrel und verfügen gemäß ihrer Zusammensetzung über verschiedene Eigenschaften. Je nach gewünschtem Dämpfungsgrad lässt sich so zwischen unterschiedlichen Shorehärten gewählt werden. Ebenfalls interessant ist die breite Spanne an Temperaturbereichen mit -50 °C bis +150 °C. Gerade bei Rührwerken, die Medien mit hohen Temperaturen verarbeiten, bietet der Elastomerkranz in der Ausführung E mit Shorehärte 64 SH D beste Temperaturbeständigkeit. Eine elektrisch ableitfähige Elastomervariante verhindert elektrostatische Funkenbildung. Weiterhin gibt es besondere Materialien für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen (ATEX).

Drehmomentspitzen Abwehr

Um bei Hohlwellenanbindungen Drehmomentspitzen abzuwenden, die zu Verformungen oder gar einem Wellenabriss führen können, empfiehlt Monka unter anderem Präzisionssicherheitskupplungen, welche nach dem federvorgespannten Kugel-Rast-Prinzip arbeiten. Diese lassen sich mechanisch so einstellen, dass sie bei definierten Lastwerten die Verbindung innerhalb weniger Millisekunden lösen. Im Vergleich dazu weisen elektronische Sicherheitskomponenten vielfach längere Reaktionszeiten auf und es eine ständige Versorgung notwendig. Das federvorgespannte Kugel-Rast-Prinzip schützt somit den Antriebsstrang davor, dass im Falle eines Schadens zu hohe Drehmomentkräfte direkt in den Motor oder das Getriebe geleitet werden.

Durch das mechanische Prinzip und die qualitativ hochwertige Verarbeitung dient eine R+W Sicherheitskupplung als wirksame Schutzmaßnahme, ohne großen Wartungsaufwand zu verursachen. So wurde zum Beispiel bei einer Anwendung eine Sicherheitssonderlösung realisiert, bei der die individuellen Kupplungen in einer Gehäuseglocke zwischen dem Getriebemotor und der Applikation untergebracht sind. Die Befestigung erfolgte beidseitig mittels Norm-Flanschen. Die Verbindung zum Getriebemotor wurde über einen Zapfen und eine Passfeder gelöst. Das Wiedereinrasten nach einem Crash kann automatisch oder manuell erfolgen. Bei besonders hohen Drehzahlen empfiehlt sich übrigens die gewuchtete Ausführung mit Freischaltversion.

Fundierte Beratung

Die speziellen Anwendungen rund um die Anbindung von Hohlwellengetrieben, können die Konstruktion vor Herausforderungen stellen. Deshalb setzt R+W auf eine fundierte Beratung im Bereich der Komponente Kupplung. Da Entwicklung und Produktion der Kupplungen mit hoher Fertigungstiefe in Deutschland ansässig ist, sind Sonderlösungen auf kurzen Wegen sehr gut zu realisieren. Selbst eine Kombination aus einer Elastomer- oder Metallbalg- und Sicherheitskupplung wäre umsetzbar.

„Entscheidend ist die Anforderung“, führt Monka die Beschreibung der Beratungsleistung aus. „Gemeinsam betrachten wir zunächst die Anwendung und die Applikation in Verbindung mit den entsprechenden Komponenten zur Ermittlung der auftretenden Drehmomentbereiche. Die prozesstechnische Analyse erbringt die kritischen Punkte. Auf dieser Basis sprechen wir unter Berücksichtigung des Platzbedarfs eine Produktempfehlung aus oder führen entsprechende Anpassungen durch. Am Ende erhält jeder Kunde die passende Lösung.“ Er ist sich sicher, dass die Vorteile sowie die Lebensdauerfestigkeit und die Wartungsfreiheit der Kupplungen sie zur passenden Kombination mit Hohlwellengetrieben.