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Kupplungen - Reib- und formschlüssige Sicherheitskupplungen schützen zuverlässig Maschinen- und Anlagenteile. Solche Überlastkupplungen und trennen bei unzulässig hohem Drehmoment An- und Abtrieb im Millisekundenbereich voneinander.

08. Mai 2006

In der Industrie werden Maschinen gegen Überlast, hervorgerufen durch Kollisionen oder Blockierungen, abgesichert. Denn neben teuren Reparaturen führen Maschinenstillstände und Produktionsausfälle zu erheblichen Ertragsausfällen.

Reib- und formschlüssige Sicherheitskupplungen schützen zuverlässig Maschinen- und Anlagenteile in Produktionsanlagen, Fördereinrichtungen oder Werkzeugmaschinen. Sie gehören zu der Gruppe der Überlastkupplungen und trennen bei unzulässig hohem Drehmoment An- und Abtrieb im Millisekundenbereich voneinander und verhindern so kostspielige Ersatzteile und Reparaturen. Nachdem die Überlastursache beseitigt ist, rastet die Kupplung automatisch wieder ein, die Maschine ist sofort betriebsbereit und ein Produktionsausfall oder Schlimmeres wurde verhindert.

Präzision durch Fertigungsqualität

Mit der SSK-Kompakt, einer Weiterentwicklung der bewährten Hatorq-Sperrkörperkupplungen, ergänzt die Firma Hausmann + Haensgen, mit Sitz in Bremen, ihr Programm an Sicherheitskupplungen und kommt damit den Forderungen der Industrie nach hoher Präzision und Fertigungsqualität nach. Dank einer kompakten, kleinen Bauweise und eines geringen Massenträgheitsmomentes lässt sich die neue Kupplung gut in bestehende Antriebssysteme integrieren.

Um dem hohen Maß an Abschalt- und Wiederholgenauigkeit gerecht zu werden, charakterisieren neben hochwertiger Werkstoffe und einer langen Lebensdauer, mit deutlich höheren Drehmomenten und Drehzahlen, drei wesentliche Hauptmerkmale die Eigenschaften dieser modernen Sicherheitskupplung.

Das spielfreie Prinzip: kürzeste Schaltzeiten

Das neue Kugel-Rast-Prinzip und die Konusklemmverbindung gewährleisten Drehsteife und absolute Spielfreiheit in beiden Drehrichtungen. Drehmomente von 5 bis 740 Nm und Drehzahlen bis zu 4.000 1/min werden durch degressiv betriebene Tellerfedern im Millisekundenbereich kontrolliert. Flansch- und Nabenteil sind durch Sperrkörper (Kugeln) unter Federdruck formschlüssig miteinander verbunden. Die Kugeln werden durch einen axialbeweglichen Schaltring in formgefräste Sitze gedrückt. Bei Überschreiten des eingestellten Drehmomentes werden die Kugeln gegen die Federkraft aus ihren Sitzen gehoben und rasten aus. Durch das Ausheben der Sperrkörper wird der Schaltring gegen die Federkraft axial verschoben. An- und Abtrieb sind somit voneinander getrennt und rasten je nach Funktionssystem (winkelsynchron nach 360° oder durchrastend in einer beliebigen Lage) erst nach Beseitigung der Überlastursache wieder ein. Die Verwendung eines Not-Aus-Schalters verhindert zudem ein längeres Durchrasten und damit den Verschleiß der Sicherheitskupplung. Meist verbreitet sind Sperrkörperkupplungen, die durch eine spielbehaftete Profilverbindung An- und Abtrieb miteinander verbinden. Bei Überlast wird ein Schaltmodul über diese Profilverbindung axial verschoben. Unter Spiel versteht man den Verdrehwinkel (Verdrehspiel) zwischen An- und Abtrieb. Bei den herkömmlichen Kupplungen entsteht das Spiel in der Profilverbindung zwischen Schaltmodul und Nabe, es beträgt ca. 6’.

Vorgespannter Schaltring

Besonders beim Anlauf, bei Drehrichtungsumkehr und durch Mikrobewegungen ist mit fortlaufendem Verschleiß zu rechnen. Die neue SSK-Kompakt arbeitet ohne spielbehaftete Profilverbindung, hier greifen die Kugeln mittels vorgespanntem Schaltring gleichzeitig in die Sitze des kugelgelagerten Anbauflansches und des Nabenkörpers ein. Bei Überlast bewirkt der axial bewegliche Schaltring die Trennung zwischen An- und Abtrieb. Anlauf, Drehrichtungswechsel und Schaltvorgänge werden spielfrei ausgeführt, zudem wird möglicher Verschleiß durch langes Durchrasten oder durch Mikrobewegungen in den Kugelsitzen ausgeglichen. Die Konstruktion arbeitet dauerhaft spielfrei. Um auch eine dauerhaft spielfreie Verbindung zur Welle zu gewährleisten, erfolgt die Montage mit einer reibschlüssigen Konusklemmverbindung.

Kürzeste Schaltzeiten

Der bedeutendste Vorteil gegenüber den konventionellen Kupplungen liegt insbesondere darin, dass durch eine spezielle Federkennlinie Schaltzeiten von 1 bis 4ms erreicht werden. Das eingestellte Schaltmoment liegt (etwa 1,2-faches Anlaufmoment) an der Kupplung etwas höher als das Betriebsmoment. Kommt es nun zu einem unerwünschten Drehmomentanstieg, so dass das Schaltmoment erreicht wird, rückt die Kupplung aus und das Drehmoment fällt sofort ab. Der Kraftfluss ist unter Berücksichtigung einer geringen Restreibung unterbrochen. Herkömmliche Kupplungen verzeichnen einen Kraftanstieg beim Ausrückvorgang, in dieser Zeit kann das Drehmoment nicht abfallen sondern steigt nochmal an. Diese verzögerte Schaltzeit und ein hohes Restdrehmoment von bis zu 5 Prozent sind bei immer höheren Verfahrensgeschwindigkeiten nicht mehr akzeptabel, Folgeschäden können nicht im vollen Umfang verhindert werden.

Deshalb bietet Hausmann + Haensgen die SSK-Kompakt-Sicherheitskupplung mit einer degressiv ausgerichteten Federkennlinie an.

Das Ausrückverhalten von Sicherheitskupplungen ist maßgeblich von der Arbeitsweise der Tellerfedern abhängig. Wir unterscheiden progressiv und degressiv betriebene Tellerfedern. Arbeiten die meisten Sperrkörperkupplungen noch mit einer ansteigenden, also progressiven Kennlinie, nutzt die SSK-Kompakt die Vorteile der abfallenden, degressiven Federkennlinie.

Spezielle Federkennlinie

Mit steigender Belastung wird die Feder weicher (mehr Vorspannung, weniger Federkraft). Beim Ausrasten bewirkt der erweiterte Federweg, im Gegensatz zur progressiven Tellerfeder, keine Erhöhung der Vorspannung und damit keinen Kraft- beziehungsweise Drehmomentanstieg sondern einen sofortigen Drehmomentabfall. Der Kraftfluss wird unterbrochen und die Kupplung kann unverzüglich reagieren. Infolgedessen werden auch das Restdrehmoment und der Verschleiß deutlich reduziert.

Bauformen in 16 Ausführungen

Die Hatorq SSK-Kompakt ist in vier verschiedenen Bauformen und in den Funktionssystemen winkelsynchron und durchrastend erhältlich. Bei allen Bauformen ist der Anbauflansch bereits mit einem Kugellager ausgerüstet. Die Bauformen A und B eignen sich für schmale Bauteile, wie Zahnriemen- und Kettenradscheiben, mit spielfreier Konus-Klemmnabe oder zylindrischer Bohrung und Passfedernut.

Die beiden Bauformen C und D sind mit ihrer langen Anbaunabe konstruiert für breite oder auch unsymmetrische Bauteile. Wahlweise gibt es sie mit spielfreier Spannverbindung oder zylindrischer Bohrung und Passfedernut. Sie werden für direkte Antriebe, zur Verbindung und Absicherung zweier Wellen als Ausführungen mit flexiblen Elastomerkupplungen oder Lamellenkupplungen angeboten. Insgesamt ergeben sich mehr als 16 unterschiedliche Ausführungen, mit denen Hausmann + Haensgen mit der SSK-Kompakt für individuelle Einsatzfälle jeweils eine optimale Lösung anbieten kann.

Jörg Meyer, Hausmann + Haensgen

Erschienen in Ausgabe: 03/2006