Kraftschlüssig, kompakt und kundenspezifisch

Flanschkupplungen im industriellen Einsatz

In zahlreichen industriellen Anwendungen müssen Abtriebswellen und andere rotierende Teile sicher und dauerhaft miteinander verbunden werden. Diese Wellenverbindungen stoßen bei hohen Drehmomenten, Schwellbelastungen oder schwierigen Einbaubedin-gungen jedoch an ihre Grenzen. Konventionelle Kupplungen versagen hier mitunter aufgrund von Verschleiß, mangelnder Zentrierung oder begrenzter Drehmoment-übertragung. Besonders unter rauen Bedingungen, bei hohen Temperaturschwankungen oder Lastwechseln benötigen Betreiber eine überdurchschnittlich robuste, montagefreund-liche und wartungsarme Lösung. Eine solche stellen vor allem Flanschkupplungen dar.

Im Maschinenbau ist die zuverlässige und kraftschlüssige Verbindung von Wellen und rotierenden Elementen entscheidend für die Kraft- und Drehmomentübertragung. Die Verbindung gewähr-leistet die Funktionsfähigkeit, Langlebigkeit und Betriebssicherheit. Eine der größten Heraus-forderungen stellt hier die Gewährleistung einer spielfreien, belastbaren Verbindung dar, die gleichzeitig leicht zu montieren und zu demontieren ist. Konventionelle Kupplungslösungen oder weiche Kupplungstypen bieten entweder nicht die nötige Steifigkeit oder sind im Wartungsprozess nur mit einem erhöhten Aufwand zu demontieren. Flanschkupplungen kombinieren die Vorteile einer starren, spielfreien Wellenverbindung ähnlich einer Schrumpfverbindung mit der Flexibilität einer trennbaren Konstruktion. Ein weiterer Vorteil liegt im geringen axialen Platzbedarf beim Trennen der Baugruppen. Dadurch lassen sich etwa Antriebseinheiten schneller austauschen und Stillstandszeiten reduzieren.

Einsatzorte der Flanschkupplungen

Flanschkupplungen kommen vor allem in Industrieumgebungen zum Einsatz, in denen hohe Drehmomente, große mechanische Belastungen wie zusätzliche Axial- oder Biegemomente und raue Umgebungsbedingungen zu bewältigen sind: „In der Bergbauindustrie, also dem Mining, werden sie insbesondere bei Förderbandantrieben eingesetzt und müssen Korrosion, Staub, Schlamm oder große Temperaturschwankungen aushalten,“ schildert Christian Kurz, Geschäftsführer bei der TAS Schäfer GmbH, einem führenden Hersteller für Reibschlussverbindungen in der Antriebstechnik. Auch in Rührwerken in der Lebensmittel-, Chemie- oder Futtermittelindustrie werden Flanschkupplungen erfolgreich eingesetzt. „Hier werden durch das Gewicht von Rührelementen oder vertikalen Lasten Axialkräfte auf die Kupplung übertragen,“ benennt Rolf Gertner, Leiter Entwicklung und Konstruktion bei TAS Schäfer, eine weitere Belastungsform der Verbindung. Auch in der Energiegewinnung, etwa in Wasserkraftwerken, werden Flanschkupplungen genutzt, teilweise zur Fixierung von Bremsscheiben. Dabei fungiert die Kupplung als eine Art Adapterflansch, was den Anwendungsbereich zusätzlich erweitert.

Das Funktionsprinzip einer Flanschkupplung

Die Kupplungen bestehen aus zwei Flanschhälften, auf die jeweils eine dreiteilige Schrumpfscheibe montiert ist. „Jede Flanschhälfte wird über eine Schrumpfscheibe auf die jeweilige Welle gespannt. Die Pressung entsteht durch die Konusgeometrie der Schrumpfscheibe, wodurch eine spielfreie Verbindung mit hoher Übertragungskapazität entsteht,“ erklärt Gertner. „Anschließend werden die beiden Flanschhälften axial miteinander verschraubt. Durch diese Kombination aus radialer Klemmung und axialer Verschraubung entsteht eine hochbelastbare, aber dennoch schnell demontierbare Verbindung.“ Die Montage der einzelnen Kupplungshälften kann dabei auch getrennt voneinander erfolgen.

Die Flansche werden aus hochwertigem, teils geschmiedetem Stahl gefertigt. TAS Schäfer beispielsweise bietet auch rostfreie Varianten für kleinere Bauformen in korrosionskritischen Anwendungen. Kurz erläutert: „In der Auslegung werden kundenspezifische Anforderungen wie Wellengeometrien, Toleranzen sowie Lastangaben oder extreme Temperaturbereiche berücksichtigt.“ Bei Bedarf sind spezifische Lackierungen oder spezielle Oberflächenbehandlungen möglich; auch unterschiedliche Kombinationen aus Flanschen und Schrumpfscheiben lassen sich flexibel realisieren. Die Option, auch stark voneinander abweichende Wellendurchmesser zu verbinden, rundet die Möglichkeiten ab.

Bauformen für einen großen Anwendungsbereich

Flanschkupplungen etwa von TAS Schäfer decken einen großen Anwendungsbereich mit Wellendurchmessern zwischen ca. 40 und 600 Millimetern ab. „Unsere Bauformen FK und die platzoptimierte FKB nutzen das gleiche Grundprinzip, unterscheiden sich aber im Hinblick auf ihre konstruktive Ausführung und damit den Montageaufwand“, so Kurz weiter. Die Bauform FK ist die Standardvariante, bei der die Verschraubung der Schrumpfscheibe von außen zugänglich ist. Dies erfordert links und rechts neben der Kupplung ausreichend Platz für Werkzeug und Handhabung. Die Bauform FKB hingegen besitzt umgedrehte Schrumpfscheiben, deren Schrauben über zusätzliche Löcher im Flansch von der Innenseite aus festgezogen werden. Gertner fasst zusammen: „Dadurch ist die FKB platzsparender in der Länge und eignet sich besonders bei beengten Einbauverhältnissen.“ FKB-Kupplungen können allerdings nur im getrennten Zustand auf der Welle befestigt werden.

Die Montage erfolgt per Spielpassung, wodurch keine aufwendige Verpressung auf der Welle notwendig ist. Die Flanschhälften können einfach mit den Schrumpfscheiben auf die Wellen geschoben und verschraubt werden. Kurz: „Dank dieser Bauweise lassen sich ganze Antriebseinheiten unkompliziert austauschen.“ Die Kupplungen sind zudem wartungsfrei und müssen lediglich im Fall einer Demontage überprüft oder bei Bedarf ersetzt werden. „Gerade bei Anwendungen mit langen Laufzeiten, etwa im Förderanlagenbau, erweist sich das als großer Vorteil,“ erklärt Gertner.

Größe, Bauform, Passungen und auch die Art der Schrumpfscheiben können individuell an den Antriebsstrang angepasst werden. Auch Sonderanfertigungen mit außergewöhnlichen Wellendurchmessern oder besonderen Anforderungen sind möglich. Da solche Flanschkupplungen keinen Industrienormen unterliegen, orientiert sich TAS Schäfer an den Vorgaben und den Anforderungen der jeweiligen Branche, etwa hinsichtlich Korrosionsschutz, Materialverhalten oder Sicherheitsfaktoren.

Von der Auswahl bis zur Inbetriebnahme

Zentrales Element bei der Auswahl der passenden Lösung und ihrer spezifischen Auslegung, in Abhängigkeit der Anwendung, ist im Fall von TAS Schäfer ein strukturierter Fragenkatalog, mit dem TAS Schäfer alle relevanten Parameter ermittelt. Gertner: „Zwingend erforderlich für die Auslegung sind Wellenmaße und die Art der auftretenden Lasten. Ergänzend werden Temperaturbereiche, Umgebungseinflüsse, Korrosionsschutzklassen und Toleranzen erfasst. Biegemomente sind besonders kritisch, da sie die Dauerfestigkeit der Kupplung beeinflussen.“

TAS Schäfer kann diese auf Basis der Kundenangaben berechnen und die Konstruktion entsprechend auslegen. Für Tieftemperaturanwendungen, etwa in entlegenen und weit nördlichen Regionen Kanadas, kommen speziell geprüfte Materialien zum Einsatz, die bis zu -50 °C einsetzbar sind. „Unsere technische Beratung legt insgesamt großen Wert auf anwendungsgenaue Lösungen statt Katalogware. Durch ein umfangreiches Rohmateriallager sind auch Sonderanfertigungen kurzfristig lieferbar. Das ist ein entscheidender Vorteil bei Stillständen oder Notfällen,“ sagt Kurz.

Vorteile und Weiterentwicklungen

Die Kombination aus hoher Steifigkeit, einfacher Montage und kundenspezifischer Auslegung hat sich bewährt. Durch den Einsatz geschmiedeter Flansche stellt TAS Schäfer für große Antriebe, wo Biegemomente eine entscheidende Rolle spielen, besonders stabile Lösungen bereit. Auch Kombinationen von Flanschkupplungen mit hydraulischen Schrumpfscheiben, etwa für Prüfstandsanwendungen, sind möglich; ebenso die Befestigung von Bremsscheiben: Auf der einen Seite wird die Welle geklemmt, auf der anderen die Bremsscheibe verschraubt – das vereinfacht den Austausch im Servicefall.

Insgesamt erweitert TAS Schäfer stetig die Flexibilität der Produktpalette: „Neben der Weiterentwicklung von Baugrößen spielen neue Kombinationen wie die Verbindung mit hydraulischen Schrumpfscheiben eine Rolle,“ schildert Gertner. „Auch die Integration weiterer Funktionen wie die Befestigung von Bremsscheiben oder die Berücksichtigung extremer Umgebungsbedingungen wie Tiefsttemperaturen oder chemischer Belastung gehört zu den aktuellen Entwicklungsaufgaben.“

Fazit

Flanschkupplungen bieten eine spielfreie, steife und zugleich demontierbare Verbindung für Wellen-Systeme in anspruchsvollen Industrieumgebungen. Sie können hohe Drehmomente übertragen und dabei Axialkräften sowie Biegemomenten standhalten. Durch die Kombination aus radialer Klemmung mittels Schrumpfscheiben und axialer Verschraubung entsteht eine hochbelastbare Verbindung mit geringem Montageaufwand. Die platzsparende Bauweise und Flexibilität in Konstruktion, Materialwahl und Anpassungsfähigkeit an Umgebungsbedingungen erlauben eine individuelle und anwendungsgerechte Auslegung.

Über die TAS Schäfer GmbH

Die 1961 gegründete TAS Schäfer GmbH mit Sitz in Wetter (Ruhr) entwickelt innovative Produkte für die Antriebs- und Dämpfungstechnik. Mit ihrer industriellen Fertigung für Schrumpfscheiben und Spannsätze entstanden eigene Produkte wie z.B. die hydraulischen Schrumpfscheiben, die als weltweites Patent angemeldet wurden. Damit setzt TAS Schäfer weltweit Standards im Bereich der Reibschlussverbindung und stellt seine Produkte nationalen wie internationalen Kunden rund um die Welt zur Verfügung.

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