Elastomerkupplungslösungen für Pumpenanwendungen
Während viel Wert auf die Auswahl von Motoren und Pumpen gelegt wird, wird die Bedeutung der Auswahl der idealen Kupplung, die diese beiden teuren Komponenten verbindet, oft unterschätzt.
Außerdem wird häufig das richtige Verfahren zum Einbau und zur Ausrichtung der ausgewählten Kupplung übersehen. Eine fehlerhafte Installation und/oder unkontrollierte Fehlausrichtung kann zu vorzeitigem Verschleiß und potenziellem Ausfall der Kupplung sowie zu möglichen Schäden an Pumpe und/oder Motor führen.
Die grundlegende Funktion einer Kupplung besteht darin, Kraft zu übertragen, Fluchtungsfehler auszugleichen und axiale Bewegungen (Endbewegungen von Wellen) auszugleichen. Manchmal wird von einer Kupplung erwartet, dass sie Stöße oder Vibrationen absorbiert. Die Wahl der richtigen Kupplung hängt von vier Grundbedingungen der Wellenfehlausrichtung oder -bewegung ab:
Eine parallele Fehlausrichtung tritt auf, wenn die beiden Wellen nicht dieselbe Rotationsachse teilen. Ihre Stirnseiten können parallel sein, ihre Mittelachsen sind jedoch seitlich gegeneinander versetzt.
Winkelversatz tritt auf, wenn Wellen weder koaxial noch parallel sind. Der Winkel, in dem die Wellen fehlausgerichtet sind, kann symmetrisch oder asymmetrisch sein.
Axialspiel tritt auf, wenn eine oder beide Wellen eine axiale Bewegung zeigen, indem sie sich hinein- und herausbewegen. Ein Gleitlagermotor zum Beispiel „schwebt“, während der Rotor nach dem magnetischen Zentrum der Wicklung jagt. Temperaturänderungen können auch eine Wärmeausdehnung und Positionsänderungen der Wellen verursachen.
Torsionselastizität ist die Torsionsbewegung in Ebenen senkrecht zur Wellenachse. Dies wird normalerweise durch Stöße oder Vibrationen verursacht. Eine drehelastische Kupplung nimmt diese Bewegungen auf und dämpft sie.1
Um als flexibel zu gelten, muss eine Kupplung Parallel- und Winkelversatz bewältigen. Kupplungen mit Vier-Wege-Flexibilität nehmen sowohl Axialspiel als auch Torsionsbewegung auf.1 Die folgende Übersicht über die verschiedenen verfügbaren Kupplungstypen zeigt die jeweiligen Vor- und Nachteile auf.
Kupplungen für Hochgeschwindigkeitsanwendungen mit hohem Drehmoment
Während Elastomerkupplungen üblicherweise für zahlreiche allgemeine industrielle Pumpenanwendungen mit bis zu 115 Pferdestärken (PS)/100 Umdrehungen pro Minute (U/min) verwendet werden, werden die Grenzen von Elastomermaterialien in Anwendungen überschritten, die die Übertragung höherer Drehmomente und Drehzahlen erfordern.
Zahnkupplungen sind hervorragende Leistungsträger in Anwendungen mit höheren Drehmomenten. Diese steiferen Kupplungen bieten jedoch keine große Torsionsdämpfung, was dazu führt, dass mehr Vibrationen vom Motor auf die Pumpe übertragen werden (Bild 2). Gitterkupplungen sind torsionsflexibel und bieten eine gewisse Torsionsdämpfung.
Scheibenkupplungen können mit hohen Drehzahlen rotieren, was sie zu einer guten Wahl für Pumpen macht, die mit hohen Drehzahlen betrieben werden. Diese Kupplungen nehmen jedoch nur geringe axiale Fluchtungsfehler auf. Das Biegen einer Scheibe oder einer metallischen Komponente über ihre Streckgrenze hinaus kann zu Ermüdung führen, und eine übermäßige axiale Bewegung kann zu einem Versagen führen .
Wahlmöglichkeiten für Elastomerkupplungen
Es gibt drei Grundtypen von Elastomerkupplungen: Reifentyp, Hülsentyp und Klauentyp. Kupplungen vom Reifentyp und vom Hülsentyp arbeiten in Scherung (gegenüber Kompression), um Stöße zu absorbieren und die Ausrüstung zu schützen. Das flexible Elastomerelement in diesen Kupplungen kann sich durch Scherung verformen und sich unter Last verschieben. Der Betrag der Torsionsverschiebung oder des Elastomeraufwickelns ist ein Maß für den Stoß, der absorbiert werden kann. Das Element lässt sich auch leicht zusammendrücken und kann ein Endspiel aufnehmen.
Die Torsionsflexibilität ermöglicht es diesen beiden elastomeren Scherkupplungen, die Amplitude von Vibrationen zu dämpfen und eine Welle von den Auswirkungen der anderen zu isolieren.
Einer der größten Vorteile von elastomeren Scherkupplungen vom Reifen- und Hülsentyp besteht darin, dass sie so konstruiert sind, dass sie bei übermäßigen Stoßbelastungen versagen und die Pumpe vom Motor trennen, um die Pumpe im Falle einer Blockierung oder einer anderen übermäßigen Bedingung zu schützen Schock.
Die Kosteneinsparungen und die Möglichkeit, Fehler besser zu analysieren, können von unschätzbarem Wert sein. Je nach Marke und Umgebung können sich Elastomere, die in Muffenkupplungen verwendet werden, durch übermäßige Temperaturänderungen und chemische Belastungen verschlechtern.
Kupplungen vom Reifentyp sind beliebt für den Einsatz an Pumpen des American National Standards Institute (ANSI) für den Dauerbetrieb in verschiedenen Anwendungen, die minimale Vibrationen erfordern. Diese eignen sich beispielsweise gut für Anwendungen, die variable Durchflussraten erfordern. Wenn sich die Durchflussrate ändert, steigt die Wahrscheinlichkeit von Vibrationen in der gesamten Pumpe und ist für die Lager härter. Die reifenartige Kupplung wirkt als Dämpfer und verarbeitet Vibrationen konsequenter. Der große Vorteil von Reifenkupplungen besteht darin, dass sie einfach ausgetauscht werden können, ohne dass Pumpe und Motor bewegt werden müssen.
Muffenkupplungen sind eine gute Wahl für den Einsatz mit vielen Allzweckpumpen, einschließlich Kreiselpumpen, die mit Frequenzumrichtern verwendet werden. Diese torsionsweichen Kupplungen sind ideal für Anwendungen mit mäßigem Fluchtungsfehler. Zu den typischen Muffenkupplungsanwendungen gehören Schachtpumpen, Zentrifugalpumpen mit vertikaler Endansaugung, vertikale Turbinenpumpen und einige horizontale Pumpen mit geteiltem Gehäuse.
Wirtschaftliche Elastomer-Hülsenkupplungen haben typischerweise eine Fehlausrichtungsfähigkeit von 1/4 bis 1 Grad, während preisgünstige Elastomer-Reifenkupplungen typischerweise eine Fehlausrichtungsfähigkeit von 2 bis 4 Grad haben.
Klauenkupplungen verwenden bei Kompression Elastomermaterial und haben nicht die gleiche Menge an Fehlausrichtungskapazität oder Axial- und Torsionsdämpfungsfähigkeiten wie Scherkupplungen. Beim Zusammendrücken wird das Gummielement zur Übertragung des Drehmoments zusammengedrückt und nicht verdreht. Diese Kupplungen werden im Allgemeinen bei Anwendungen mit geringerer Leistung verwendet, bei denen die Kosten ein primäres Auswahlkriterium sind. Klauenkupplungen sind in einer Vielzahl von Pumpenanwendungen zu finden, darunter Zahnrad-, Schrauben-, Exzenterschnecken- und Drehkolben-Verdrängerpumpen für viskose Materialien .
Ein großer Vorteil von Klauenkupplungen ist ihre Ausfallsicherheit. Die Ausrüstung fährt weiter, wenn das Elastomer versagt.
Bei der Auswahl der Kupplung müssen sich Pumpenbenutzer vor der „Mehr ist besser“-Falle hüten. Die Überdimensionierung einer Kupplung kann zu einer verringerten Flexibilität oder zum Ausgleich von Fluchtungsfehlern führen, und eine zu große Kupplung kann die zu koppelnden Pumpen und Motoren zusätzlich belasten.
Umgekehrt kann eine Kupplung mit zu viel Fehlausrichtungsfähigkeit zu weich oder nachgiebig sein, was Vibrationen oder einen unausgeglichenen Rotationszustand verursachen kann.
Nachdem eine Pumpe/ein Motor installiert wurde, ist es immer eine gute Faustregel, die Ausrichtung nach etwa sechs Monaten erneut zu überprüfen. Die Pumpen-/Motorbasis kann sich setzen und die Pumpe aus der Ausrichtung bringen. Bei der Auswahl der richtigen Elastomerkupplung ist es wichtig, zunächst die Umgebung zu prüfen, in der die Pumpe/der Motor betrieben wird. Frage, ob es extremen Temperaturschwankungen ausgesetzt sein wird.
Verstehen Sie auch, welche Art von Drehmoment (Betriebsfaktor) erforderlich ist, um das Material von Punkt A nach Punkt B zu pumpen. Schließlich ist es wichtig zu berücksichtigen, ob die Pumpe einer Rohrbelastung ausgesetzt ist, die dazu führen könnte, dass sie aus der Ausrichtung fällt Zeit.