Grundaufgabe einer Kupplung ist die Übertragung von Drehmoment zwischen Wellen. In der Praxis kommen aber noch weitere Aufgaben hinzu. Auch deshalb ist das Angebot, das Hersteller wie KTR den Kunden im Maschinen-, Anlagen- und Fahrzeugbau machen, sehr breit gefächert.
Übertragung von Drehmoment zwischen Wellen: Das ist laut Lexikon und Wikipedia die Aufgabe einer Kupplung. Aber mit dieser Grundfunktion ist es in der Regel nicht getan. In den meisten Antriebskonstruktionen ist der Ausgleich von Wellenversatz notwendig – auf diese Weise erhöht man die Lebensdauer von angrenzenden Komponenten und des gesamten Antriebssystems. Auch die Dämpfung von Drehmomentstößen beispielsweise beim Anfahren hat schonende Wirkung auf den Antrieb. In vielen Fällen – etwa bei Bahnantrieben und in Werkzeugmaschinen – ist auch eine schwingungstechnische Entkopplung des Antriebs erwünscht.
Zudem übernimmt die Wellenkupplung immer häufiger Sicherheitsfunktionen wie die Entkopplung des Antriebs bei Überlast. In anderen Konstruktionen – etwa in Windkraftanlagen und bei Elektrofahrzeugen – ist die elektrische Isolierung von Antriebskomponenten eine wichtige Zusatzeigenschaft. Auch die Isolierung gegen Schall ist in manchen Fällen gefordert, ebenso die Lösbarkeit der Verbindung, um schnellen Service zu gewährleisten oder den Antrieb einfacher montieren beziehungsweise demontieren zu können.
Der Vielfalt der Anforderungen entsprechend, gibt es auch ein vielfältiges Angebot an Wellenkupplungen. Interssant ist, dass die Grundformen vieler Kupplungen, die heute in großer Stückzahl gefertigt und weltweit in ganz unterschiedlichen Applikationen eingesetzt werden, schon vor Jahrzehnten entwickelt wurden und seitdem einer stetigen Weiterentwicklung unterzogen werden – auch mit dem Ziel, kompaktere Bauformen zu erreichen, höhere Leistungen zu übertragen, Gewicht einzusparen und zusätzliche Funktionen zu integrieren.
Dies gilt zum Beispiel für die drehsteife BoWex Bogenzahnkupplung, die dank der Werkstoffkombination von Stahl (Nabe) und Hochleistungskunststoff (Kupplung) sehr langlebig ist und 1959 erstmals vorgestellt wurde, und für die 1965 entwickelte drehelastische Rotex. 1975 präsentierte KTR eine weitere Kupplungsbaureihe, die bis heute weltweit sehr erfolgreich ist und in vielen Varianten produziert wird: die Flanschkupplung BoWex Flepa für den hydrostatischen Antrieb von mobilen Arbeitsmaschinen. Für den Einsatz in der Mess-, Steuer- und Regelungstechnik sowie für hochgenaue Werkzeugmaschinenantriebe wurde schon 1980 die spielfreie Rotex GS entwickelt und patentiert. Das zeigt: Bei allem Wandel und allen Innovationen gibt es auch Ideen und Konzepte, die sehr langfristig erfolgreich sind.
Neben der immer höheren Präzision ist die Miniaturisierung ein Trend, der die Kupplungstechnik seit den 80er-Jahren begleitet. Neben der höheren Leistungsdichte und der Integration von zusätzlichen Funktionen ist auch die Bauteilintegration gefragt: Überlastsysteme lassen sich ebenso mit drehelastischen oder drehsteifen Kupplungen kombinieren wie Bremsen, Lüfter, Flanschkonstruktionen und Riemenscheiben. So spart der Konstrukteur Platz, und die Montage geht schneller vonstatten.
Ein eindrucksvolles Beispiel für die Entwicklung der Kupplungstechnik sind die Antriebe von Windkraftanlagen: Ende der 80er-Jahre lieferte KTR erstmals Radex-N-Stahllamellenkupplungen für Anlagen mit 250 kW Leistung. Inzwischen wurden schon mehr als 40 000 Kupplungen in dieser Bauart und für diese spezielle, sehr anspruchsvolle Anwendung gefertigt. Heute stehen für Windturbinen wartungsfreie, doppelkardanische Stahllamellenkupplungen mit integriertem Überlastsystem für Antriebsleistungen bis 6 MW zur Verfügung. Diese Kupplungssysteme, die als Zusatzaufgabe auch die elektrische Entkopplung des Antriebs übernehmen, sind für eine Lebensdauer von 20 Jahren unter sehr rauen Umgebungsbedingungen ausgelegt.
Im immer differenzierten Angebot der Wellenkupplungen gibt es heute auch echte „Spezialisten“ für definierte Anwendungen, zum Beispiel für Pumpen, die aggressive oder umweltgefährdende Medien fördern. Für diese Einsatzfälle hat KTR die Magnetkupplung Minex-S entwickelt, bei der die Kraftübertragung per Magnet berührungslos durch einen Spalttopf hindurch erfolgt. Aufgrund der vollständigen räumlichen Trennung von Antrieb und Pumpenraum gibt es hier keine Leckagegefahr. Das reduziert die Lebenszykluskosten einer Pumpe deutlich, und es verbessert den Arbeits- und Umweltschutz.
Zum aktuellen Thema Energieeinsparung können die Kupplungen durch Gewichtsreduzierung einen Beitrag leisten. Damit verringert sich die Massenträgheit des Antriebs, und bei jedem Beschleunigungsvorgang wird weniger Energie verbraucht. In einigen Fällen lassen sich dann sogar kleinere Elektromotoren einsetzen. Gerade bei sehr dynamischen Antrieben, die häufig mit hoher Beschleunigung anfahren und abbremsen, macht sich dieser Faktor deutlich im Energieverbrauch bemerkbar. Aus diesen Gründen ist auch der Einsatz von verwindungssteifen kohle- und glasfaserverstärkten Kunststoffen (GFK/CFK) als Werkstoff etwa für die Zwischenstücke der Kupplungen immer häufiger anzutreffen.
Ein weiteres Trend-Thema ist die Mechatronik: Im Zuge der Bauteilintegration überwachen Kupplungen heute ihren Verschleiß selbsttätig, und es gibt auch Kupplungssysteme, die Messaufgaben übernehmen und Messgrößen wie Drehzahl, Drehmoment und Drehrichtung erfassen. Das zeigt, dass die Branche kontinuierlich Innovationen hervorbringt und dass Wellenkupplungen für Konstrukteure im gesamten Maschinen- und Anlagenbau nach wie vor ein spannendes Thema sind.
Joachim Hofstede Leiter Marketing, KTR Kupplungstechnik, Rheine
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