Hochpräzise – hochdynamisch

Spielfreie und drehsteife Wellenkupplungen für Drehmoment-Messflansche in industriellen Prüfsystemen

Das Unternehmen Kistler ist Weltmarktführer in der dynamischen Messtechnik zur Erfassung von Druck, Kraft, Drehmoment und Beschleunigung. Zahlreiche Kooperationen mit Partnern aus Industrie und Wissenschaft prägen dabei die Unternehmensphilosophie. Im Bereich der Ausgleichskupplungen für Drehmoment-Messflansche setzt Kistler auf die langjährige Zusammenarbeit mit dem renommierten Familienunternehmen mayr^® Antriebstechnik.

Ob E-Mobilität oder die Emissionsreduzierung bei Verbrennungsmotoren – die aktuellen Trends und der rasante Fortschritt verstärken die Nachfrage der Industrie nach dynamischen und hochpräzisen Lösungen in der Drehmomentmessung. Daher hat das Unternehmen Kistler mit KiTorq ein innovatives Drehmoment-Messflanschsystem für industrielle Prüfstände entwickelt. Mit diesem lässt sich beispielsweise die Leistung bei der Effizienzmessung der E-Motoren, Getriebe und Pumpen zuverlässig bestimmen. Es zeichnet sich durch eine hohe Dynamik mit einer Grenzfrequenz von 10 kHz und eine Genauigkeitsklasse von 0,05 Prozent aus. Damit das hochpräzise Drehmoment-Messflanschsystem auch bei den Hochleistungsanwendungen mit hohen Drehzahlen immer exakte und zuverlässige Daten liefert, kommt es zusammen mit einer Wellenausgleichskupplung zum Einsatz. Denn diese Kupplung ist ein entscheidendes Zubehörteil, um die auf den Messflansch wirkenden Störgrößen zu minimieren. Auf Basis der bewährten spielfreien und drehsteifen ROBA^®-DS Baureihe bietet mayr^® Antriebstechnik daher eine speziell für Messflansche angepasste Ausführung seiner Ausgleichskupplung, die ideale Voraussetzungen für exakte Messergebnisse schafft.

Hohe Messqualität und lange Lebensdauer

Störgrößen oder sogenannte parasitäre Kräfte, die auf den Messflansch wirken, entstehen oftmals durch Ausrichtfehler im Antriebsstrang. So treten in fast allen Anwendungen Versätze zwischen An- und Abtriebsseite auf. Durch die vorhandenen radialen, winkligen und axialen Wellenversätze entstehen Biegemomente sowie Radial- und Axialkräfte auf den Messflansch. In der Regel treten sämtliche Versätze gleichzeitig auf. Dabei schafft auch eine möglichst genaue Ausrichtung des Wellenstrangs, selbst mit den heute verfügbaren, hochmodernen Laser-Ausrichtgeräten, nur bedingt Abhilfe. Zudem können die Versätze durch vorhandene Toleranzen in der Maßhaltigkeit der verwendeten Bauteile sowie durch äußere Einflüsse, zum Beispiel Temperatur, nicht vollständig eliminiert werden. Deshalb kommen zusammen mit dem Messflansch drehsteife Wellenausgleichskupplungen wie die ROBA^®-DS Lamellenpaketkupplung zum Einsatz. Diese Kupplungen übertragen das Drehmoment spielfrei und äußerst drehsteif. „Die Kupplungen gleichen Quer- und Axialkräfte sowie Biegemomente aus“, erklärt Berk Buharali, Product Manager Torque Sensors bei der Kistler Instrumente GmbH. „Das ermöglicht uns die Realisierung kleinster Messunsicherheiten. Die Kupplungen sorgen damit nicht nur für präzise Messergebnisse, sondern bieten auch bestmöglichen Schutz für den Messflansch, das mechanisch schwächste Glied im Antriebsstrang. Sie sorgen somit also für eine lange Lebensdauer.“ Neben ihrer hohen Laufruhe und der geringen Massenträgheit zeichnen sich die Kupplungen durch eine hohe Wuchtgüte aus und sind besonders robust und unempfindlich.

Die spielfreien und drehsteifen ROBA®-DS Lamellenpaketkupplung gleichen radialen, axialen und winkligen Wellenversatz aus. Sie sorgen damit nicht nur für präzise Messergebnisse, sondern bieten auch zuverlässigen Schutz für den Messflansch.

Mit den EAS®-HSE Highspeed-Kupplungen hat mayr® Antriebstechnik Produkte entwickelt, die speziell auf die hohen Anforderungen in der Prüfstandstechnik zugeschnitten sind. Sie bieten zuverlässigen Schutz, ohne dabei die Messsignale zu beeinflussen.

Keine Einschränkungen beim Nennmoment

„Bei den ROBA^®-DS Lamellenpaketkupplungen sind die im Katalog angegebenen Nennmomente ohne jegliche Einschränkung nutzbar“, erläutert Ralf Epple, Produktmanager bei Mayr Antriebstechnik. „Eine Reduzierung des Nennmoments aufgrund Verlagerung, Lastkollektiv oder Wuchtanforderung ist nicht notwendig.“ Die Kupplungen sind kompakt und vereinen gleichzeitig hohe Leistungsdichte mit absoluter Spielfreiheit. Denn konstruktive Details, wie das Strahlen der Lamellen und der Einsatz speziell geformter Bundbuchsen, sorgen für einen spielfreien Kraftfluss mit ausgezeichneter Kraftflussdichte zwischen An- und Abtrieb. Die ROBA^®-DS Lamellenpaketkupplungen übertragen Drehmomente bis zum Nennmoment absolut spielfrei und mit konstant hoher Torsionssteifigkeit. Die angegebenen Wellenversätze können in Summe zu 100% ausgeschöpft werden ohne Einfluss auf das übertragbare Drehmoment.

Herausforderung High-Speed

„Die Anbindung der ROBA^®-DS Kupplungen und der Messflansche an den Wellenstrang erfolgt in der Regel spielfrei über hochwertige Spannringnaben“, so Ralf Epple weiter. „Verschiedene, speziell auf die unterschiedlichen Anforderungen der Prüfstände zugeschnittene Kupplungsbauformen und flexible Kombinationsmöglichkeiten ermöglichen zudem die Integration von Messflanschen in nahezu jede Prüfstands- und Antriebskonstellation.“ Die Standard-Bauformen der ROBA^®-DS Kupplung decken dabei je nach Baugröße einen Drehzahlbereich von 8000 bis 18.000 min-1 ab und sind auf eine Wuchtgüte von G 2,5 (Bezugsdrehzahl 3.000 min-1) gewuchtet.
Bei der High-Speed-Bauform, bei der die Einzelteile mit sehr hoher Genauigkeit (Qualität IT5) und eingeengter Rund- und Planlauftoleranz gefertigt werden, sind Drehzahlen bis 30.000 min-1 zulässig. Die Wuchtqualität der Kupplung ist hier G 2,5 bei einer Bezugsdrehzahl von 5.000 min-1.

Zuverlässiger Schutz vor Überlast

In vielen Prüfstands-Anwendungen werden neben Wellenkupplungen oftmals auch drehmomentbegrenzende Sicherheitskupplungen in kombinierter Bauweise eingesetzt. Sie schützen bei richtiger Dimensionierung nicht nur den Messflansch, sondern auch die häufig teuren Prüflinge vor Überlastschäden. Übersteigt das Drehmoment den an der Sicherheitskupplung eingestellten Grenzwert, rastet die Kupplung aus und trennt An- und Abtrieb innerhalb von Sekundenbruchteilen. Nach einem Überlastfall muss somit schlimmstenfalls die Messwelle neu kalibriert werden, einen teuren Schaden an Antriebstrang oder Prüfling hingegen verhindert die Sicherheitskupplung zuverlässig. Mit den Baureihen EAS^®-HSC und EAS^®-HSE hat mayr^® Antriebstechnik Sicherheitskupplungen entwickelt, die auf die extremen Anforderungen der Prüfstandstechnik zugeschnitten sind. Für die Kombination aus Wellenkupplung und drehmomentbegrenzender Sicherheitskupplung bietet mayr^® Antriebstechnik Komplettlösungen aus einer Hand. Das traditionsreiche Familienunternehmen kann dafür auf umfassendes Know-how und langjährige Erfahrung in Entwicklung und Konstruktion zurückgreifen. Auf Prüfständen werden alle Produkte ausführlich getestet und exakt auf die in der jeweiligen Anwendung geforderten Werte eingestellt.

Mehr Informationen zu ROBA^®-DS Wellenkupplungen für Drehmomentaufnehmer

Mehr Informationen zu EAS^®-HSC / EAS^®-HSE Sicherheitskupplungen

Quelle: Der Konstrukteur 19073, Sonderausgabe ASB 2018, Seite 14-16