Mit Gelenkkupplungen Wellenlager schonen – so funktioniert’s

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Mit Gelenkkupplungen Wellenlager schonen – so funktioniert’s

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In manchen Maschinen tritt am An- oder Abtriebsstrang ein hoher Versatz auf, der die Wellenlager stark belastet. Spezielle Gelenkkupplungen helfen, den Radial- und Winkelversatz in großem Umfang auszugleichen. Das schont die Lager und erhöht die Standzeit von Maschinen. › von Thomas Walzel
Gelenkkupplungen Halbleiterfertigung

Quelle: Franz12/Shutterstock

  • In manchen Maschinen tritt am An- oder Abtriebsstrang ein hoher Versatz auf, der die Wellenlager stark belastet.
  • Spezielle Gelenkkupplungen helfen, den Radial- und Winkelversatz in großem Umfang auszugleichen.
  • Das schont die Lager und erhöht die Standzeit von Maschinen.

Produktions- und Handlinganlagen in der Halbleiter-Industrie arbeiten mit einer sehr hohen Dynamik, denn sie müssen in kurzer Zeit eine große Stückzahl der Bauteile in höchster Qualität fertigen. Die Herstellung der Komponenten ist deshalb eine anspruchsvolle Aufgabe, die durch äußere Einflüsse noch erschwert wird.

Durch montage- oder betriebsbedingte Ausrichtungsfehler entsteht an den An- und Abtriebswellen der Anlagen oftmals ein Versatz, der sich negativ auf die Qualität des Herstellungsprozesses auswirken kann. Da es gerade in der Halbleiter-Produktion auf absolute Genauigkeit ankommt, muss dieser Versatz durch spezielle Kupplungen soweit wie möglich ausgeglichen werden.

Gelenkkupplungen: Standard ist gut, speziell ist besser

Eine geringe Abweichung lässt sich mithilfe von Standard-Kupplungen kompensieren. Schwieriger wird es, wenn der Radial- oder der Winkelversatz eine gewisse Dimension überschreitet. Dann sind bei starrer Verbindung der Antriebselemente die Kräfte, die auf die Lager der Welle einwirken, so groß, dass diese bei einer Dauerbelastung stark abnutzen. Gleiches gilt auch für die Dichtungen und die Kupplungen selbst. Um eine übermäßige Beanspruchung dieser Bauelemente zu vermeiden, sollte der Wellenversatz soweit wie möglich kompensiert werden. 

Ausgleich bei geringen Rückstellkräften

KBK Antriebstechnik aus dem bayerischen Klingenberg stellt solche Kupplungen her und hat für einen Halbleiter-Produzenten das Problem des Wellenversatzes gelöst: Die Lösung basiert auf der Gelenkkupplung KBGK, die speziell für die Aufnahme von Linearkräften entwickelt wurde. Sie kompensiert nicht nur hohen Radial- und Winkelversatz, sondern weist dabei extrem geringe Rückstellkräfte auf, was die Lagerbelastung nochmals verringert.

Die KBGK ist wie ihre besonders für Servomotoren geeignete Schwester KBGK-T durch spezielle Buchsen und Führungen dauerfest, sehr steif und nahezu spielfrei ausgeführt. Beide Varianten werden hochwertig verarbeitet und bestehen aus Aluminium (Nabe, Innenring) und Stahl (Stifte). Beide Varianten gehören zum Typ der drehstarren Kupplungen, was bedeutet, dass sie in Umfangsrichtung verdrehsteif ausgeführt sind und in radialer sowie axialer Richtung nachgiebig reagieren.

Aufgrund ihres hohen Ausgleichsvermögens können die Gelenkkupplungen auch in all den Fällen eingesetzt werden, in denen sich der zu erwartende Wellenversatz im Vorfeld nicht genau abschätzen lässt. Metallbalg- und Elastomerkupplungen wären hier ungeeignet, da ihre Lebensdauer durch die hohe Belastung sehr schnell leiden würde. 

Gelenkkupplungen auch für Linearmotoren

Die Serie KBGK wurde speziell für die exakte Befestigung und Positionierung von Linearmotoren entwickelt. Die Gelenkkupplung ist deshalb prädestiniert für den Einsatz in allen industriellen Anwendungen, in denen Linearantriebe verbaut werden, wie beispielsweise in Verpackungs-, Druck- oder Montagemaschinen sowie in Handling- und Positioniersystemen. Die Gelenkkupplung nimmt je nach Baugröße hohe axiale Kräfte zwischen 200 und 13.000 N auf und wird mit Außendurchmessern von 18 bis 100 mm gefertigt. Mit der Gelenkkupplung kann der Anwender aber nicht nur Linearmotoren anbinden, sie ermöglicht als Transmissionskupplung auch die sehr spielarme Verbindung zweier Wellen untereinander. In diesem Anwendungsbereich kann sie radialen Versatz von bis zu 2,5 mm und Winkelversatz von bis zu 6 Grad ausgleichen.

Gelenkkupplungen KBKQuelle: KBK
Die Gelenkkupplungen von KBK nehmen hohe Axialkräfte auf. Eine Variante für Servo- und Schrittmotoren (rechts) arbeitet besonders spielarm.

Gelenkkupplungen auf hohe Drehmomente ausgelegt

Servo- und Schrittmotoren sind das bevorzugte Anwendungsgebiet für die Gelenkkupplung KBGK-T, denn sie ist sehr spielarm und torsionssteif. Dank dieser Eigenschaften eignet sich die Kupplung zur festen Verbindung zweier Wellen, kann Drehmomente zwischen 2 und 580 Nm exakt übertragen und gleicht selbst großen Winkel- und Radialversatz zuverlässig aus. Erhältlich sind Wellendurchmesser zwischen 3 und 55 mm. Deshalb lässt sich die Kupplung für eine Vielzahl von Anwendungen speziell im Handlingbereich verwenden. Mit der „Servovariante“ haben die Klingenberger beispielsweise das Problem eines Herstellers von Positioniertischen gelöst: „Die Kupplungen, die dort vorher im Einsatz waren, hatten zu hohe Rückstellkräfte ins System gebracht“, erklärt KBK-Geschäftsführer Sven Karpstein. „Dadurch war die Genauigkeit der Anlage nicht mehr gewährleistet.“ Die KBGK-T hingegen erzeugt sehr geringe Rückstellkräfte und gleicht den hohen Radial- und Winkelversatz aus.

Verschiedene Kupplungen in Maßanfertigung

Neben Gelenkkupplungen produziert KBK Sicherheitskupplungen, Metallbalgkupplungen, Elastomerkupplungen, starre Wellenkupplungen und Spannsätze. Die Unterfranken bieten dabei aber nicht nur Verbindungstechnik „von der Stange“, sondern fertigen auch kundenspezifische Varianten: Modifikationen sind beispielsweise bei den Bohrungen möglich, auch bei der Materialauswahl ist man flexibel. „Jeder soll die beste Lösung für seine Anwendung bekommen“, findet Sven Karpstein. Um das zu gewährleisten, steht der Hersteller in engem Austausch mit seinen Kunden und berät sie intensiv. 

Die Flexibilität von KBK zeigt sich auch in Ausnahmesituationen: Wenn wegen einer defekten Kupplung beim Kunden eine Maschine stillsteht, ist schnelle Hilfe gefragt. Sven Karpstein und sein Team sorgen in solchen Fällen dafür, dass die passende Kupplung ihren Empfänger innerhalb kürzester Zeit erreicht: „Wir können dank unseres Baukasten-Systems die allermeisten Metallbalg- und Elastomerkupplungen innerhalb von zwei Stunden mit individuellen Bohrungen versehen und sofort per Direktkurier versenden“, erläutert Karpstein. „Normalerweise dauert so etwas ein bis zwei Wochen.“ JBI 

Thomas Walzel arbeitet im Verkauf der KBK Antriebstechnik GmbH in Klingenberg am Main.

Lesen Sie auch: Neues Antriebssystem für die Schwenkachse – mit hoher Dynamik zwei Spritzgießmaschinen bedienen

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