Die Kupplung ist ein Element im Antriebsstrang, das geeignet ist ein Drehmoment von einer Welle auf eine andere zu übertragen und damit die Antriebs- und Abtriebseinheit einer Arbeitsmaschine zu verbinden. Gleichzeitig sollen Montageabweichungen, die sich als Wellenversätze auswirken, möglichst ohne Rückstellkräfte ausgeglichen werden.
Unterschieden wird in angulare, radiale oder axiale Wellenversätze, die auch gleichzeitig auftreten können. Je nachdem, welchen Kupplungstyp Sie auswählen, können Sie über die Einstellung der Kupplungstorsionssteifigkeit häufig Einfluss auf das dynamische Verhalten des gesamten Antriebstranges und damit auf die Maschine und deren Herstellprozess ausüben.
Elektromotoren als üblicher Antrieb
Betrachten wir als Erstes die Antriebsseite: Hier werden am häufigsten Elektromotoren eingesetzt. Sie wandeln elektrische in mechanische Energie um, die z.B. Leistung zur Herstellung eines Produktes zur Verfügung stellt. Ein Elektromotor besteht im Wesentlichen aus einem feststehenden Stator und einem drehbaren Rotor. Dieser setzt sich aus der im Motorgehäuse gelagerten Welle und einer auf dieser Welle aufgewickelten Spule zusammen.
Wenn Sie eine elektrische Spannung an den Stator anlegen, erzeugt der fließende Strom ein magnetisches Feld, womit wiederum eine der Magnetkraft entgegen gerichtete magnetische Reaktion der Spule erzeugt wird: Da der Rotor durch die Lagerung der Welle in Drehrichtung – abgesehen von dem kleinen mechanischen Widerstand aus der Lagerung – frei drehbar ist, wird dieser somit in Rotation versetzt. Dabei entsteht aus der magnetischen Kraft ein an der Welle wirkendes Drehmoment, das von der Leistung und der sich einstellenden Drehzahl bestimmt wird. Es wird von der Kupplung aufgenommen und wie bereits erwähnt an die Arbeitsmaschine weitergeleitet.
Die Lagerung des Rotors
Festlager-Loslager Prinzip
Schauen wir uns als Zweites den Rotor an: Die Reaktionskraft aus seinem gesamten Gewicht – das aus der Welle selbst und aus der Spule resultiert – wird über die Lagerung der Welle an das Motorengehäuse in das Fundament weitergeleitet. Zur Lagerung der Welle verwendet man meistens Wälzlager, nur bei hohen Motorleistungen werden häufig andere, nämlich Gleitlager verwendet. Die Wahl der Lagerung wirkt sich auf die Fixierung des Rotors in axialer Richtung aus. Bei Wälzlagern wird bevorzugt das Festlager-Loslager Prinzip angewendet – hierdurch wird die Welle am Festlager im Gehäuse axial fixiert.
Gleitgelagerte Motorwelle
Im Gegensatz dazu soll sich eine gleitgelagerte Motorwelle axial deutlicher bewegen können, was auf den konstruktiven Aufbau der Gleitlager zurückzuführen ist. In den folgenden Betrachtungen beziehen wir uns nur auf Elektromotoren mit Gleitlagern, die ohne ein zusätzliches Axiallager ausgestattet sind.
Die Rotoren können sich bei dieser Konstruktion axial um einige Millimeter verschieben. Die Spule ist so gewickelt, dass in der Motormitte die Summe aller erzeugten Magnetkräfte ausschließlich in Rotationsrichtung wirken und damit zum maximalen Aufbau des Drehmomentes beitragen.
Da der Rotor hier axial freier beweglich ist, müssen Sie den Antriebsstrang so ausrichten, dass der Rotor in seiner magnetischen Mitte bleibt – wie die Welle auszurichten ist, wird Ihnen durch eine Markierung zwischen Welle und feststehendem Motorgehäuse angezeigt.
Axialspielbegrenzung
Für die Axialspielbegrenzung wird ein Festlager einer anderen Welle benötigt, mit deren Hilfe die Rotorwelle axial fixiert werden kann. Das Festlager befindet sich auf der gegenüberliegenden Seite des Antriebs – auf der Abtriebsseite: Dieses kann z.B. die Lagerung einer Zahnradwelle in einem Getriebe sein oder auch die Wellenlagerung eines leistungsstarken Kompressors.
Wie eingangs erwähnt, erlaubt eine Standardkupplung den Ausgleich eines Axialversatzes zweier Wellen. Diese Eigenschaft verhindert jedoch die korrekte Einstellung der gleitgelagerten Rotorwelle auf die erforderlichen Ausrichtungswerte. Aus diesem Grund wird eine Begrenzung dieser Kupplungseigenschaft erforderlich, was durch eine Axialspielbegrenzung realisiert wird.
RINGFEDER® TNZ Zahnkupplung mit Axialspielbegrenzung
Wie diese Bezeichnung bereits nahelegt, ist hier ein definiertes Spiel in axialer Richtung vorgesehen: Die räumlichen Freiheitsgrade zum Ausgleich von winkeligen und/oder radialen Wellenversätzen werden so durch die Axialspielbegrenzung in der Kupplung nicht behindert.
Um die eingangs gestellte Frage zu beantworten:
Bei gleitgelagerten Motoren sollten Sie immer axialspiel-begrenzte Kupplungen verwenden, damit der Rotor in seiner magnetischen Mitte an einem Festlager – das sich auf der gegenüberliegenden Seite der Kupplung befindet – ausgerichtet werden kann und während der Anlaufphase und bei der Auslaufphase des Antriebs auch dort verbleibt. Denn wäre das nicht der Fall, würden hier axial unerwünschte Magnetkräfte wirksam, die sich störend auf das Laufverhalten auswirken können.
Kommentieren