Eine Servokupplung ist eine spielfreie Kupplungen mit hoher Torsionssteifigkeit / Drehsteifigkeit. In der Regel besteht sie aus zwei Kupplungsnaben und einem Verbindungselement. Das kann ein Zahnkranz (Kupplungsstern), Lamellen, ein Metallbalg, etc. sein. Je nach Type können die Wellenkupplungen Verlagerungen ausgleichen und Schwingungen dämpfen, um Lager und den weiteren Antriebsstrang vor unnötigen Belastungen zu schützen.
Eine Servokupplung muss vor allem drei Dinge leisten:
Hier einige der wichtigsten Begriffe rund um das Thema Servokupplung mit denen du dich vertraut machen solltest:
Spielfreie Kupplungen haben kein mechanisches Spiel / keine Bewegungsspielräume zwischen den verbundenen Komponenten. Diese Maschinenelemente sind besonders bei Anwendungen bei denen präzise und genaue Übertragung des Drehmoments erforderlich ist. Spielfreiheit ist einer der wichtigsten Eigenschaften für Servokupplungen.
Die Torsionssteifigkeit ist das Maß für die Widerstandsfähigkeit der Kupplung gegenüber Verdrehungen. Bei Servokupplungen ein Muss, weil Servomotoren und die Anwendungen in denen sie eingesetzt werden hohe Präzision verlangen. Die Bauart der Kupplung hat maßgeblichen Einfluss auf ihre Drehsteifigkeit.
Elastische Servokupplungen (Elastomerkupplungen / Klauenkupplungen) weisen in der Regel eine geringe Drehsteifigkeit als Metallbalgkupplungen oder Lamellenkupplungen auf. Durch den Einsatz von unterschiedlichen Zahnkränzen kann die Steifigkeit bei den Elastomerkupplungen variiert werden.
Der Winkel gibt an, um den sich eine Kupplung bei Belastung verbiegt.
Drehelastische Kupplungen können Drehbewegungen / Torsionen elastisch aufnehmen und Schwingungen in gewissem Maße dämpfen. Sie werden auch als torsionselastische Kupplungen bezeichnet und bieten eine gewisse Flexibilität im Gesamtsystem. Beispiele sind spielfreie Klauenkupplungen wie die ROTEX® GS von KTR oder die EK von R+W.
Drehsteife Kupplungen (torsionssteife Kupplungen) übertragen Drehmomente ohne elastische Verformung. Die Verdrehung zwischen Antriebswelle und Abtriebswelle ist minimal. Daher ergibt sich eine hohe Präzision in der Drehmomentübertragung. Durch ihre hohe Steifigkeit können Verlagerungen (wenn überhaupt) nur im geringe Maße ausgeglichen werden. Beispiele sind die Lamellenkupplungen RADEX®-NC von KTR, die SCL von R+W, oder die Metallbalgkupplung smartflex® von Mayr.
Optimal zueinander ausgerichtete Wellen sind selten. Daher gibt es Ausgleichskupplungen die Wellenversatz und Verlagerungen (winkelig, radial und axial) ausgleichen können. Bei Servokupplungen können Elastomerkupplungen (Klauenkupplungen), Lamellenkupplungen und Metallbalgkupplungen Wellenverlagerungen ausgleichen.
In der Antriebstechnik werden Servomotoren in hochdynamischen Anwendungen eingesetzt. Diese verlangen den Kupplungen einiges ab. Sie müssen schnelle Bewegungen und wechselnde Lasten aushalten. Auch sind Umfangsgeschwindigkeiten von 40 m/s keine Seltenheit. Mit speziellen Ausführungen wie die ROTEX® GS HP von KTR können hohe Drehzahlen und Umfangsgeschwindigkeiten von bis zu 175 m/s realisiert werden.
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Der Aufbau einer spielfreien Servokupplung besteht meist aus drei Teilen:
Die Verbindungselemente bestimmen maßgeblich die Eigenschaften der Kupplung. Ob Lamellenpaket, elastischer Kunststoff oder Metallbalg – jedes Material hat seine Stärken (und Schwächen).
Servokupplungen sind normalerweise nicht schaltbare Kupplungen. Du möchtest Antrieb und Abtrieb voneinander trennen können? Dann sind schaltbare Kupplungen eher dein Ding.
Es gibt verschiedene Arten bzw. Bauformen, wobei jede gewissen Eigenschaften mit sich bringt. Die wichtigsten Arten von Servokupplungen sind:
Eine Elastomerkupplung / Klauenkupplung besteht meist aus zwei Naben die mit einem Zahnkranz (Kupplungsstern) miteinander verbunden werden. Die Kupplung ist spielfrei und drehelastisch.
Einsatz: Werkzeugmaschinen, Handling, Spindelantriebe
Die Zahnkränze können in unterschiedlichen Shore-Härten ausgeführt werden. Dadurch kann die Höhe des übertragbaren Drehmomentes und die Drehsteifigkeit angepasst werden. Die Shore-Härte hat Einfluss auf das Dämpfungsverhalten von Schwingungen und das Übertragungsverhalten. Wenn du dich für eine spielfreie Klauenkupplung entscheidest, solltest du dir vorab einen Eindruck über die verschiedenen verfügbaren Zahnkränze im jeweiligen Herstellerkatalog verschaffen.
Das Video zeigt die spielfreie Elastomerkupplung ROBA®-ES von Firma Mayr
Wir haben für dich einen Produktvergleich zu Elastomerkupplungen für Servoanwendungen mit ROTEX® GS von KTR, Servomax® EK von R+W) und ROBA® ES von Mayr erstellt.
Bei der Metallbalgkupplung werden die beiden Naben mittels Metallbalg verbunden. Der Metallbalg ist normalerweise aus Edelstahl, die Naben aus Aluminium. Somit ergibt sich ein geringes Gewicht und ein niedriges Massenträgheitsmoment. Die Balgkupplungen sind spielfrei und drehsteif.
Einsatz: hochpräzise Positionierantriebe, Mess- und Prüftechnik, Medizintechnik, Verpackungs- und Werkzeugmaschinen
Das Video zeigt die Metallbalgkupplung BK von Firma R+W.
Bei diesen spielfreien Wellenkupplungen werden die Kupplungsnaben mit biegeelastische Stahl- Lamellenpakete verbunden. Die Kupplung ist spielfrei und drehsteif. In einfachkardanischer Ausführung kann axialer und winkeliger Wellenversatz ausgeglichen werden. In doppelkardanischer Ausführung kann axialer, radialer und winkeliger Wellenversatz ausgeglichen werden.
Einsatz: spielfreie Getriebe, Handling Systeme, Automatisierung und Antriebstechniken, Einsatzfälle mit hohen Temperaturen oder bei hoher benötigter Drehsteifigkeit.
Das Video zeigt die Servolamellenkupplung RADEX® -NC von KTR
Schalenkupplungen sind starre Kupplungen die keine Verlagerungen ausgleichen können.
Das Video zeigt eine Schalenkupplung der Firma Tecnamic
Eine höhere Steifigkeit bringt nicht automatisch mehr Präzision. Zu starre Kupplungen können sogar Schwingungen im Regelkreis verstärken.
Praxisbeispiele:
Wie kannst du nun die richtige Kupplungsgröße identifizieren? Ganz einfach: In dem du die Kupplung berechnest. Das kannst entweder du selbst machen (wie, zeigen wir dir gleich), oder du kontaktierst den technischen Händler oder Kupplungshersteller deines Vertrauens.
Die Berechnung und Auslegung der Servokupplungen erfolgt mittels spezifischer Faktoren. Die wesentlichen Faktoren sind
Die zulässige Kupplungsbeanspruchung darf in keinem Betriebszustand überschritten werden. Dazu musst du die auftretenden Beanspruchungen mit den zulässigen Kupplungswerten vergleichen. Die Berechnung einer Servokupplung erfolgt in Anlehnung an DIN 740 Teil 2, allerdings mit spezifischen Faktoren.
Es werden im Wesentlichen zwei Beanspruchungsarten unterschieden, die unterschiedlich berechnet werden müssen
Das zulässige Nenndrehmoment TKN der Kupplung muss unter Berücksichtigung des Betriebsfaktors (SB) und des Faktors für die Umgebungstemperatur (ST) mindestens so groß wie das Nenndrehmoment der Anlage TN sein.
Zusätzlich muss das zulässige Nenndrehmoment TKN der Kupplung unter Berücksichtigung des Betriebsfaktors (SB) und des Faktors für die Umgebungstemperatur (ST) mindestens so groß sein wie das auftretende Spitzendrehmoment (TS).
Die Kupplung muss so bemessen sein, dass folgende Bedingungen erfüllt sind:
TKN ≥ TN x ST x SB UND TKN ≥ TS x ST x SB // TKN, TN, TS [Nm]
Dabei gilt für Spitzendrehmoment TS:
Antriebsseitiger Stoß: TS = TAS x MA x SZ –> MA = JL / (JA + JL)
TKN der Kupplung muss unter Berücksichtigung des Betriebsfaktors (SB) und des Faktors für die Umgebungstemperatur (ST) mindestens so groß wie das Spitzendrehmoment der Antriebsseite TAS.
TKN ≥ TAS x ST x SB
ST x SB bei Einsatz von Aluminium min 1,5.
Bei der Berechnung von Kupplungen stehen dir sowohl die jeweiligen Hersteller als auch technische Händler beratend zur Seite.
Sie sind für präzise und hochdynamische Antriebe und Anwendungen geeignet. Servo- Wellenkupplungen sind überall da, wo Präzision und Dynamik gefragt ist. Hier einige Anwendungsgebiete:
Wir zeigen dir einige der renommiertesten Hersteller von Servokupplungen:
Eine „beste“ Servokupplung gibt es nicht – die Auswahl hängt immer von deinem Gesamtsystem ab.
👉 Unser Tipp: Beachte immer die Steifigkeit des gesamten Antriebsstrang. Die schwächste Komponente bestimmt die Performance. Und wenn du unsicher bist: Namhafte Hersteller und technische Händler bieten dir Auslegungstools und Beratung, um die perfekte Kupplung für deine Anwendung zu finden.
