Positioniergenau und flexibel

Torsionsflexible Kupplungen für die elektronische Geschwindigkeitsregelung. Immer häufiger findet die elektronische Geschwindigkeitsregelung Verwendung in der Industrie. Dabei kommt es auf eine...

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Torsionsflexible Kupplungen für die elektronische GeschwindigkeitsregelungImmer häufiger findet die elektronische Geschwindigkeitsregelung Verwendung in der Industrie. Dabei kommt es auf eine exakte Positionierung und Dämpfung von Schwingungen an. Um diesen Forderungen gerecht zu werden, wurden von Gates entsprechende, torsionsflexible Kupplungen auf Elastomerbasis entwickelt.Durch umfangreiche Studien und Tests wurden das Konzept der bestehenden Powergrip-Kupplungen grundlegend verändert und verbessert. In Zusammenarbeit mit dem Institut für Maschinenelemente (IME) der RWTH Aachen wurden dabei umfangreiche Untersuchungen zur drehelastischen Kupplung durchgeführt. Das neu entwickelte Produkt Eurogrip hat demnach eine verbesserte Lebensdauer und kann ein höheres Drehmoment übertragen.Die Auslegung und Prüfung von Eurogrip richtete sich nach den Forderungen der DIN 740 Teil 2. Dieses Regelwerk wurde ausgewählt, weil darin die härtesten Anforderungen an die Untersuchung und den Prüfling gestellt werden. Die einzelnen Parameter werden damit eindeutig bestimmt.Kupplungen auch für schwierigste BedingungenDie torsionsflexiblen Kupplungen bestehen aus jeweils zwei Endstücken und einer zwischen ihnen befindlichen innenverzahnten Manschette. Die Endstücke werden entweder direkt über Passfedern oder über Buchsen auf der Welle fixiert.Zur Gewichtsreduktion und besseren Wuchtung (hohe Geschwindigkeit) werden die Zahnnaben aus einer Aluminiumlegierung gefertigt. Die Manschette ist eine Elastomermischung. Dementsprechend gut ist das Verhalten beziehungsweise die Resistenz gegenüber chemischen Substanzen. Insbesondere ist die Kupplung deshalb auch im Ölnebel einsetzbar. Standardmäßig ist die Kupplung für Temperaturen von -25 bis 100 0C ausgelegt. Im Extremfall ist eine Temperaturspanne von -40 bis 120 °C, bei der Verwendung von speziellen Werkstoffen, sogar eine Temperaturbeständigkeit bis 180 °C möglich.Die Gates-Kupplungen sind in den Baugrößen 19, 28, 42, 48 und 60 sowohl mit Bohrung und Passfeder als auch in taper bush-Buchsenausführung erhältlich. Speziell für die Automobilindustrie wurden Sondergrößen entwickelt.Die Eurogrip-Kupplung besitzt hohe Dämpfungseigenschaften. Hinzu kommen die Vorteile wie Positioniergenauigkeit, leichter Einbau und hohe Lebensdauer.Die Kupplung kann daher in Maschinen, bei denen hohe Vibrationen auftreten, eingesetzt werden. Auf der Antriebsseite können diese zum Beispiel durch Kolbenmaschinen, auf der Abtriebsseite durch Verdichter verursacht werden.Ein weiterer großer Einsatzbereich ist dort gegeben, wo genaueste Positionierung und Wiederholbarkeit (Reproduzierbarkeit) gefordert werden.Der Markt hat gezeigt, dass bei Anwendungen mit großen Vibrationen (zum Beispiel im Automobil) Eurogrip-Kupplungen eine hohe Lebensdauer erreichten.Für die Auslegung eines Antriebs spielt der Begriff der Resonanz eine wichtige Rolle. Jedes System hat Eigenfrequenzen. Diese Eigenfrequenzen lassen sich aus den Steifigkeiten und den Massenträgheitsmomenten ermitteln. Wird ein System im Bereich seiner Eigenfrequenzen angeregt, zum Beispiel durch die Antriebsdrehzahl des Motors, kommt es zu einer Überhöhung der erregenden Amplitude. Elastische Gummikupplungen verlagern die Eigenfrequenzen der Antriebe in der Regel zu deutlich niedrigeren Werten. Bei kontinuierlicher Belastung mit höherer Drehzahl sind Resonanzerscheinungen also unwahrscheinlich. Beim Beschleunigen aus dem Stillstand kann das Durchfahren des Resonanzbereiches bei gleichzeitig hohem, anliegendem Trägheitsmoment zur Zerstörung der Kupplung führen. Deshalb ist ein hohes Dämpfungsmaß erwünscht.Um die Eigenfrequenz möglichst niedrig zu halten, werden besonders drehweiche Kupplungen eingesetzt. Allerdings sinken die Festigkeit und die Lebensdauer der Gummikupplungen tendenziell mit abnehmender Shore-Härte.Die Lebensdauer der Eurogrip-Kupplung wurde für die einzelnen Baugrößen durch Beaufschlagen mit verschiedenen rein schwellenden Lasten in Versuchen ermittelt. Ein Vergleich der Ergebnisse mit Versuchen an der Vorläuferkupplung Powergrip zeigte, dass bei einer derartigen Prüfung die für 10 Millionen Lastwechsel extrapolierte Last ein geeignetes Nenndrehmoment darstellt. Durch die Flexibilität der Manschette können Wellenversätze von bis 50 und 1 mm toleriert werden.Für die Auslegung ist zu beachten, dass einerseits die Summe aus dem Anlagen-Nenn-Drehmoment und der Wechsellastamplitude nicht das Kupplungs-Nenn-Drehmoment übersteigt, dass anderseits das Dauerwechselmoment kleiner als das zulässige ist. Schließlich sind die vereinzelt auftretenden Lastspitzen stets kleiner als das maximale Kupplungsdrehmoment. Zur Bestimmung des Schwingungsverhaltens eines Antriebsstranges werden für jedes Element Daten zur Steifigkeit sowie zum Dämpfungsverhalten benötigt.Die jeweiligen Kenngrößen bestimmen den EinsatzfallBei einer Gummikupplung beschreiben die über den Verdrehwinkeln aufgetragenen Momente eine Hysteresekurve, deren Neigung, Form und Größe stark von den Betriebs-parametern abhängt. Die Kenntnis der Abhängigkeit der im Folgenden beschriebenen Kenngrößen, Drehfedersteife und verhältnismäßige Dämpfung von den Betriebsparametern bildet die Grundlage zu einer sinnvollen Schwingungsrechnung innerhalb eines Antriebssystems (Diagramm).Die statische Drehfedersteife beschreibt die Steigung der Kupplungskennlinie. Die Größe der von den Kurvenästen eingeschlossenen Fläche ist ein Maß für die Verlustarbeit und damit für die später beschriebene verhältnismäßige Dämpfung. Die dynamische Drehfeder-steife beschreibt die Steifigkeit der Kupplung für die zugehörigen Betriebsparameter.Die verhältnismäßige Dämpfung y ist eine Bezugsgröße. Sie beschreibt das Verhältnis aus der während eines Lastwechsels geleisteten Dämpfungsarbeit zur dabei zwischenzeitlich gespeicherten Energie. Graphisch lässt sich die verhältnismäßige Dämpfung als Verhältnis zweier Flächen beschreiben. Die Fläche innerhalb der Hysterese gilt als Maß für die geleistete Arbeit.Ein Maß für die gespeicherte Federenergie ist die im Diagramm oben dargestellte Dreiecksfläche für den idealistischen Lastfall einer um den Momentennullpunkt bewegten Kupplung mit linearer Kennlinie. Dieser Lastfall ist in der DIN 740 beschrieben. Die verhältnismäßige Dämpfung geht wie die Drehfeder-steife in die Berechnungsverfahren zur Auslegung eines resonanzfreien Antriebs ein. Weil Kupplungen für verschiedene Antriebe eingesetzt werden ist deren Einfluss auf Drehfedersteife Ct und Verdrehwinkel y zu ermitteln.