Bis zu 100.000 verschiedene Komponenten sind in einer einzigen Druckmaschine verbaut, und jede von ihnen verrichtet an ihrem Platz eine unverzichtbare Aufgabe. Nur wenn alle Bauteile perfekt zusammenwirken, kann die Anlage optimale Ergebnisse liefern. Die Fehlertoleranzen sind dabei so gering, dass sie das menschliche Vorstellungsvermögen sprengen: In der gesamten Anlagenfertigung wird auf tausendstel Millimeter genau gearbeitet. Alle Teile lagern deshalb vor der Montage erst einmal einige Zeit in der Fertigungshalle, damit sie sich akklimatisieren können. Das bis zu 60 Zentimeter dicke Stahlbeton-Fundament der künftigen Druckmaschine muss zudem etwa zehn Stunden stehen, bevor die Anlage auf ihm aufgebaut werden kann. In dieser Zeit biegt es sich um etwa 1 Millimeter durch, danach verändert es sich nicht mehr.
Druckmaschinen müssen extrem präzise arbeiten
Diese Zahlen verdeutlichen die ungeheure Ingenieursleistung, die in jeder Druckmaschine steckt. Eine zentrale Aufgabe in jeder Anlage kommt dem sogenannten Druckwerk zu – hier wird die Farbe auf das Papier gebracht. Damit die im Druckwerk gedruckten Farben genau aufeinander abgestimmt werden und ein streifenfreies Druckbild entsteht, müssen die Druckwalzen und -zylinder absolut spielfrei an den jeweiligen Servoantrieb angebunden sein. Das stellt hohe Anforderungen an die längenverstellbaren Kupplungen, die diese Verbindung herstellen, zumal sie gleichzeitig so gebaut sein sollten, dass sich die Walzen nach einem Druckauftrag schnell wechseln lassen. Bisher mussten flexible, spielfreie Kupplungen dafür umständlich in der Länge an die unterschiedlich langen Druckwalzen angepasst werden, sodass die Maschinen für längere Zeit stillstanden. Das kostet die Druckerei wertvolle Zeit und damit bares Geld, denn eigentlich sollten die Anlagen rund um die Uhr im Betrieb sein, um rentabel zu sein.
Maschinenbauer findet keine passende Kupplung
Ein Druckmaschinen-Hersteller suchte aus diesem Grund nach einer Alternative zu den am Markt erhältlichen Kupplungen. Da er nicht fündig wurde, bauten seine Ingenieure kurzerhand selbst eine Kupplung und beauftragten die Kupplungs-Spezialisten von KBK Antriebstechnik aus dem bayerischen Klingenberg mit der Serienfertigung. „Wir haben ihnen geantwortet, dass wir das gerne machen können, aber für keine gute Idee halten“, erinnert sich KBK-Geschäftsführer Sven Karpstein. Der Grund für seine Skepsis lag in der Konstruktion der Kupplung begründet: Sie wies einen hohen Verschleiß auf und zeigte keine konstante Performance.
Entwicklung einer Sonderanfertigung
Karpstein schlug dem Unternehmen stattdessen vor, eine komplett neue spielfreie längenverstellbare Kupplung zu konstruieren, die exakt für den Einsatz in einer Druckmaschine ausgelegt ist. Man war sich schnell einig und so begann Anfang 2017 die Entwicklungsarbeit. Nach etwa drei Monaten standen erste Entwürfe und nach einem Dreivierteljahr konnte KBK bereits einen Prototyp präsentieren. Das war möglich, weil die Ingenieure große Erfahrung mit der Fertigung von Kupplungen für die Druckindustrie haben. „Wir produzieren für viele namhaften Hersteller in diesem Bereich“, berichtet Sven Karpstein. „Deshalb wissen wir genau, welche Eigenschaften unser Produkt besitzen muss, um die nötige Präzision der Anlagen zu gewährleisten.“
Einfaches, aber wirkungsvolles Funktionsprinzip
Um die geforderte Kombination aus Spielfreiheit und einfacher Handhabbarkeit zu erreichen, wählte KBK eine Konstruktion aus Gleitlagerbuchsen, die auf Zylinderstiften laufen. „So nehmen wir das ohnehin schon geringe Spiel komplett aus dem System raus“, erläutert Karpstein das Prinzip. Man hätte das Drehmoment zwar auch über eine Vielkeilwelle oder eine Passfedernut übertragen können – allerdings nicht spielfrei. „Diese Lösungen sind bei Servoantrieben also nicht sinnvoll, denn bei den häufigen Starts, Stops würde die Welle sofort ausschlagen und einen unrunden Walzenlauf bewirken.“ Dank der von KBK entwickelten Konstruktion mit integrierten Gleitlagerbuchsen ist eine spielfreie Drehmomentübertragung dagegen jederzeit gegeben, so dass sich Axialbewegungen mit geringem Kraftaufwand realisieren lassen. Ein weiterer Vorteil des neuen Systems ist seine Kompatibilität mit anderen Kupplungstypen: So kann ein eventuell vorhandener Radial- oder Winkelversatz leicht ausgeglichen werden. Den Praxistest bestand die Nullserie im Frühjahr 2018 ohne Probleme, die Serienfertigung startete im Spätsommer.
Zahlreiche Folgeaufträge sind bereits in Sicht
Die neue spielfreie längenverstellbare Kupplung von KBK sorgt nicht nur für die nötige Präzision des Druckvorgangs, sondern auch für niedrige Energiekosten beim Anwender. „Das hängt mit der Leichtbauweise der Kupplung zusammen“, so Sven Karpstein. „Sie besteht zum Großteil aus Aluminium und hat deshalb ein relativ geringes Gewicht.“ Hochpräzise Drehmomentübertragung, sehr kurze Umrüstzeiten und eine Reduzierung der Betriebskosten: KBK hat mit seiner Neuentwicklung die Erwartungen des Druckmaschinen-Herstellers in jeder Hinsicht erfüllt. Deshalb wird das Unternehmen sämtliche neuen Maschinen ab sofort mit der KBK-Kupplung ausstatten, was bei bis zu 16 Druckwalzen pro Anlage mit jeweils einer Kupplung ein stattliches Auftragsvolumen ergeben dürfte. Hinzu kommt, dass der Druckmaschinen-Hersteller die neue Kupplung auch in sämtliche „Alt-Maschinen“ seiner Kunden nachträglich einbauen wird.
Neue Kupplung kann die Effizienz in vielen Branchen erhöhen
Die potenzielle Zielgruppe für die neue spielfreie längenverstellbare Kupplung von KBK ist allerdings noch weit größer, denn eine exakte Übertragung des Drehmoments, eine hohe Anlagenverfügbarkeit und ein hoher Bedienkomfort sind auch in vielen weiteren Branchen von großer Bedeutung. Das neue Produkt eignet sich deshalb grundsätzlich für alle Anwendungen, in denen Bauteile an- oder entkoppelt werden. Darüber hinaus kann die verstellbare Kupplung aber auch in eine Distanzkupplung integriert werden: So muss der Maschinenbauer nicht mehr mit den üblichen Halbschalen arbeiten und das Bedienpersonal beim An- oder Entkuppeln des Antriebs keine weiten Wege zurücklegen. Mit der neuen spielfreien längenverstellbaren Kupplung ist es KBK also nicht nur gelungen, eine passgenaue Lösung für seinen Kunden zu finden. Die Sonderanfertigung ist auch auf dem besten Wege, ein Standard-Produkt zu werden.
