Werkzeugmaschinen-Kupplungen

Alles ohne Spiel

Kupplungen in der Werkzeugmaschine
Torsionssteife Metallbalgkupplungen der Baureihe BK.
Elastomerkupplung oder Metallbalgkupplung: Das ist die Frage bei der Neukonstruktion moderner Werkzeugmaschinen. Die Wahl des richtigen Verbindungselements ist wichtig: Die einen bieten hohe Steifigkeit, die anderen dämpfen Schwingungen. Hier helfen Fachleute weiter.

Zum Beispiel der Kupplungshersteller R+W aus Klingenberg, der Erfahrung und Kompetenz bei Werkzeugmaschinen (WZM) verspricht. Die Maschinen zur Bearbeitung von Werkstücken werden je nach Art der Bearbeitung klassifiziert: Fräsmaschinen, Bohrmaschinen, Drehmaschinen und Schleifmaschinen zum Beispiel bearbeiten das Werkstück durch spanende Abtragung des Materials. Außerdem gibt es Lasermaschinen und Erodiermaschinen. Komponenten beziehungsweise einzelne Baugruppen in der WZM setzen die Grundfunktion um – neben Antrieben, Gestellbauteilen, Werkzeugträgern und Werkstückträgern gehören hierzu auch Verbindungselemente, etwa spielfreie Kupplungen. Besonderes Augenmerk gilt dem unterschiedlichen Einfluss spielfreier Metallbalgkupplungen (für hohe Steifigkeit) und spielfreier Elastomerkupplungen (schwingungsdämpfend).

Moderne Metallbalgkupplungen bestehen grundsätzlich aus zwei Bauteilen: einem Edelstahlmetallbalg und unterschiedlich ausgeführten Naben. Je nach Applikation und den darauf abgestimmten geometrischen Abmessungen werden Naben als Flansche, Klemmnaben, Spreizdorne oder Konusspannsätze ausgeführt. Als Nabenwerkstoffe kommen Aluminium, Stahl oder auch Edelstahl zum Einsatz. Vernickeln, Verchromen, Nitrocarburieren, Eloxieren oder Oxidieren sorgt für einen effizienten Oberflächenschutz. Die Naben sorgen für die Anbindung der Kupplung an die An- und Abtriebsseite. Aufgabe des meist doppelwandig ausgeführten, zwischen An- und Abtriebsnabe positionierten Edelstahlmetallbalgs ist es, die baubedingt auftretenden Fluchtungsfehler der zu verbindenden An- und Abtriebswelle zu kompensieren. Diese Ausgleichsfunktion spielt eine wesentliche Rolle innerhalb des gesamten Antriebsstrangs. Mit torsionssteifen Metallbalgkupplungen lassen sich Drehmomentbereiche von 0,1 bis 10.000 Newtonmeter und Bohrungsdurchmesser von drei bis 180 Millimeter abdecken.
Drehstarre flexible Kupplungen sollten gemäß Definition eine möglichst hohe Steifigkeit in Drehrichtung aufweisen. Die Federsteifigkeit in axialer, angularer und lateraler Richtung sollte allerdings möglichst gering sein, damit der Antriebsstrang durch Querkräfte nicht belastet wird. Metallbalgkupplungen haben in Drehrichtung eine hohe Torsionssteifigkeit – die Kupplung verdreht sich unter Drehmomentbelastung nur minimal.

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Ihre heutige Bedeutung in vielen Bereichen des Maschinenbaus verdanken Elastomerwerkstoffe ihrem großen Dehnungsvermögen bei gleichzeitig ausreichender Festigkeit sowie ihren federnden und dämpfenden Eigenschaften. In der Antriebstechnik werden Elastomerkupplungen zur Dämpfung rotatorischer Bewegungen vornehmlich in Bereichen eingesetzt, in denen Schwingungen oder stoßartige Belastungen erwartet werden. Sie bestehen aus zwei Bauteilen: dem Elastomerkranz und unterschiedlich ausgeführten Naben. Die Nabe wird wie bei den Metallbalgkupplungen zur Anbindung von Antriebs- und Abtriebswelle oder von Flanschen benötigt. Je nach geometrischer Form der An- und Abtriebsseite erfolgt die Anbindung über Klemmnaben, geteilten Naben (Halbschalen), Konusspannsätzen oder Passfedernuten. Der Elastomerkranz wirkt dämpfend und ermöglicht die Übertragung des Drehmoments sowie den Ausgleich von Wellenversätzen. Der Drehmomentbereich, der mit einer Elastomerkupplung abgedeckt werden kann, beginnt bei zwei Newtonmeter und endet erst bei mehr als 2.200 Newtonmeter; der Bohrungsdurchmesserbereich reicht von drei bis 80 Millimeter. Aus der schwingungsdämpfenden Eigenschaft ergibt sich eine hohe Laufruhe der gesamten Applikation. Tobias Wolf/pb

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