Flexible Motorkupplung: Typen, Versatzgrenzen und Auswahlschritte

Eine 15-kW-Kreiselpumpe in einem Chemiewerk verbrauchte alle acht Monate flexible Klauenkupplungen des Motors. Die Kopplung war nicht das Problem. Die Messung ergab, dass die Motor- und Pumpenwellen 0,9 mm parallel zueinander versetzt und 0,6 Grad winkelversetzt saßen, was ungefähr dem Dreifachen dessen entspricht, was der Spinneneinsatz absorbieren konnte. Der Ersatz scheiterte auf die gleiche Weise. Eine elastische Motorkupplung ist ein drehmomentübertragendes Teil mit einem festen, endlichen Versatzspiel. Es als Heilmittel für eine schlechte Ausrichtung zu behandeln, ist der zuverlässigste Weg, weiterhin zweimal im Jahr das gleiche Teil zu kaufen.

Was eine flexible Motorkupplung leistet und was nicht

Eine flexible Motorkupplung verbindet die Motorwelle mit der Eingangswelle einer Pumpe, eines Getriebes, eines Kompressors, eines Lüfters oder einer Werkzeugmaschine. Es erfüllt drei Aufgaben gleichzeitig: Es überträgt Drehmoment, es absorbiert die kleinen Wellenversätze, die durch keine echte Installation beseitigt werden, und es reduziert die Vibrationen und Stöße, die sonst auf Motorlager und Getriebezähne einwirken würden. Das Wort flexibel beschreibt das Arbeitselement, sei es ein Elastomereinsatz, ein Metallbalg, ein rostfreies Lamellenpaket, ein spiralförmiger Balkenabschnitt oder ein Federgitter. Es beschreibt keine uneingeschränkte Fähigkeit, Fehlstellungen zu schlucken.

Was das Teil nicht kann, ist genauso wichtig. Es kann nicht zwei schlecht ausgerichtete Wellen in eine Linie bringen, die Wärmeausdehnung einer langen Wellenreihe absorbieren, einen Kippfuß ausgleichen oder als Abstandshalter zwischen Maschinen fungieren, die eigentlich richtig positioniert sein sollten. Jede flexible Gestaltung bringt auch Kosten mit sich. Elastomertypen dämpfen Vibrationen gut, haben aber Temperaturgrenzen und eine begrenzte Lebensdauer; Metalltypen sind spielfrei und tolerieren Hitze, lassen aber Vibrationen durch und können ermüden. Die Vorteile, die auf geringere Lagerbelastungen, weniger Lärm und eine längere Maschinenlebensdauer zurückzuführen sind, sind in diesem Hinweis zusammengefasst Vorteile einer flexiblen Kupplung .

Die flexiblen Motorkupplungstypen, die Sie tatsächlich spezifizieren werden

Motorisch angetriebene Maschinen werden in der Praxis von acht Kupplungsfamilien bedient. In der folgenden Tabelle sind die Fehlausrichtungen aufgeführt, die jedes einzelne Gerät im Betrieb bewältigt, sowie die Antriebe, bei denen es seinen Platz verdient. Behandeln Sie die Zahlen als Planungswerte und nicht als Grenzwerte.

Zwei Regeln sind wichtiger als die Zahlen. Halten Sie den Arbeitsversatz auf etwa ein Drittel des Nenntoleranzwerts, da eine Kupplung, die bereits am Limit läuft, keine Reserve für Wärmeausdehnung oder Fundamentsetzung hat. Und passen Sie das Elementmaterial an die Umgebung an: Nitrileinsätze sind bei etwa -40 °C bis 100 °C angenehm temperaturbeständig, Polyurethan im oberen Bereich etwas weniger, während ein Faltenbalg oder eine Membranpackung eher durch die Ermüdungslebensdauer als durch die Temperatur begrenzt ist.

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Auswahlreihenfolge: Drehmoment, Fehlausrichtung, Geschwindigkeit, Passung

Drehmoment- und Betriebsfaktor

Beginnen Sie mit der angetriebenen Maschine, nicht mit dem Motor. Das erforderliche Drehmoment beträgt T = 9550 x P/n, wobei P in kW und n in U/min angegeben ist, sodass ein 22-kW-Motor bei 1470 U/min etwa 143 Nm benötigt. Mit einem Betriebsfaktor multiplizieren: ungefähr 1,5 für glatte Ventilatoren und Kreiselpumpen, 2,0 für Förderbänder, Mischer und Kolbenkompressoren und 2,5 oder mehr für Brecher, Walzenpressen und Umkehrantriebe. Bestätigen Sie dann das Spitzendrehmoment. Ein direkt angeschlossener Motor kann beim Start das Zwei- bis Dreifache des Nenndrehmoments liefern, und die Spitzenleistung der Kupplung, nicht ihre Dauerleistung, bestimmt dieses Moment.

Fehlausrichtung des Budgets

Messen Sie den Versatz, nachdem die Maschinen verfugt und verschraubt sind, nicht anhand der Zeichnung. Fügen Sie thermisches Wachstum zwischen kalten und heißen Zuständen hinzu. Wählen Sie dann eine Größe, deren nominale Parallel-, Winkel- und Axialtoleranzen mindestens das Dreifache Ihrer Erwartungen betragen. Das axiale Spiel wird am häufigsten vergessen: Eine Balgkupplung an einem Wellenstrang, die im heißen Zustand um 1 mm zunimmt, versagt lange vor dem Versagen bei der Torsion.

Geschwindigkeit, Balance und Spiel

Oberhalb von etwa 3000 U/min wird die Auswuchtung eher zu einem Auswahlkriterium als zu einer Fußnote, und eine Kupplung, die sich bei 1500 U/min verhält, kann bei 6000 U/min vibrieren, wenn die Baugruppe nicht als Einheit ausgewuchtet ist. Bei Servo- und Positionierachsen überwiegen Spiel und Torsionssteifigkeit die Drehmomentkapazität, weshalb Klemmnaben und spielfreie Elemente an diesen Stellen Stellschrauben und Elastomereinsätze ersetzen.

Installationsdetails, die über die Lebensdauer der Kupplung entscheiden

• Mit einer Messuhr oder einem Lasersystem in zwei Ebenen ausrichten und nach dem ersten Lauftag erneut prüfen.
• Stellen Sie die Naben so ein, dass das Biegeelement im vorgesehenen Spalt sitzt, und verwenden Sie die Kupplung niemals zum Schließen eines Wellenspalts.
• Achten Sie auf die Passung der Bohrung. Eine H7-Bohrung auf einer H6-Welle lässt sich mit der richtigen Passfeder ohne Kraftaufwand aufschieben; Eine lockere Bohrung löst sich innerhalb von Wochen auf, und eine eingeschlagene Nabe beschädigt die Lager.
• Ziehen Sie die Klemmschrauben und Stiftbolzen mit einem kalibrierten Schraubenschlüssel in der in der Zeichnung gezeigten Reihenfolge an.
• Halten Sie Elastomerelemente bei der Lagerung von Öl, Ozon und direkter Sonneneinstrahlung fern und überprüfen Sie sie bei geplanten Stillständen, anstatt auf einen Ausfall zu warten.

Fehlermuster und was sie Ihnen sagen

• Ein halbmondförmig abgenutzter Spinneneinsatz weist auf eine Winkelfehlstellung hin; Gleichmäßiger Verschleiß über alle Lappen deutet auf Überlastung hin.
• Ein neben einem Flansch gerissener Metallbalg bedeutet in der Regel einen wiederholten axialen oder winkligen Überhub und keinen Materialfehler.
• Abgeflachte oder geschmolzene Stifthülsen weisen auf Umgebungs- oder Strahlungswärme oberhalb der Elastomergrenze hin.
• Eine gerippte Nabenbohrung und Keilnut zeigen einen lockeren Sitz in Kombination mit einer Drehmomentumkehr.
• Eine bei mäßiger Belastung heißlaufende Kupplung wird bei der Montage häufig axial zu stark komprimiert.

Anpassung der Kupplung an die Arbeitsmaschine

Bei einer Kreiselpumpe, einem Ventilator oder einer Förderschnecke, die von einem Standard-Induktionsmotor mit 7,5 bis 45 kW angetrieben werden, ist eine Klauenkupplung oder eine elastische Hülsenbolzenkupplung in der Regel die sinnvolle Wahl. Beide tolerieren Parallel- und Winkelversatz, dämpfen die Torsionswelligkeit des Motors und können vor Ort in weniger als einer Stunde wieder eingesetzt werden, ohne dass eine Maschine bewegt werden muss.

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Ein anderes Problem stellen Servo- und Positionierachsen dar. Hier ist das Spiel wichtiger als das bloße Drehmoment. Daher sorgt ein Metallbalg oder eine Balkenkupplung mit Klemmnaben dafür, dass die Verbindung torsionssteif bleibt und dennoch einen kleinen Versatz zulässt. Denn die Servokupplungsbereich umfasst Balken-, Faltenbalg-, Membran-, Backen- und Oldham-Versionen. Ein einziger Montagestil kann für die gesamte Maschine beibehalten werden.

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Hochgeschwindigkeitsprüfstände, Turbokompressoren und Werkzeugmaschinenspindeln überschreiten die Gleichgewichts- und Ermüdungsgrenzen von Elastomeren. Hier übernimmt eine Membrankupplung mit einer Nennleistung von 10.000 U/min. Im Schwerlastbereich erfordern Walzenpressen, Kräne, Walzwerke und Schiffswellenanlagen Trommelgetriebe oder Serpentinenfederkupplungen, manchmal mit einem Bremsrad, einer Zwischenwelle oder einer geteilten Nabe, und oft als kundenspezifische Baugruppe statt als Katalogbaugruppe.

Was Sie einem Hersteller für ein genaues Angebot schicken sollten

Ein Kopplungsangebot ist nur so gut wie die Daten dahinter. Geben Sie Folgendes an, bevor Sie nach einem Preis fragen:

• Motorleistung, Geschwindigkeit und Startmethode
• Wellendurchmesser, Passfederabmessungen und Passungsklasse auf beiden Seiten
• Gemessener oder erwarteter Parallel-, Winkel- und Axialversatz
• Einschaltdauer, Stoßpegel und ob der Antrieb reversiert
• Umgebungstemperatur, Feuchtigkeit, Staub und Chemikalien
• Betriebsgeschwindigkeit und ab 3000 U/min die erforderliche Wuchtgüte
• Ob ein Bremsrad, eine Bremsscheibe, eine Zwischenwelle oder eine geteilte Nabe benötigt wird

Anhand dieser Liste kann ein Lieferant eine Standardgröße auswählen, das Elementmaterial empfehlen und bestätigen, ob eine modifizierte Bohrung, Keilnut oder eine ausgewogene Baugruppe erforderlich ist. Dieses Maß an kundenspezifischer Anpassung ist bei der Herstellung industrieller Kupplungen Routine und in der Regel günstiger als die Spezifizierung einer übergroßen Standardeinheit zur Abdeckung eines unbekannten Problems.

Die Kupplung ist in den meisten Antriebssträngen das günstigste Bauteil und fällt am häufigsten aus Gründen aus, die nichts mit der Kupplung selbst zu tun haben. Korrigieren Sie die Ausrichtung und die Größe für das Spitzendrehmoment, halten Sie ein Drittel der Fehlausrichtungszugabe in Reserve, und eine flexible Motorkupplung überdauert die Lager auf beiden Seiten.