Bewährt und zuverlässig

Antriebstechnik

Kupplungen – Sicherheitskupplungen verhindern durch Drehmomentbegrenzung kostspielige Reparaturen und Maschinenstillstände. Der Kupplungshersteller Enemac hat jetzt sein Angebot an mechanischen Sicherheitskupplungen für direkte und indirekte Antriebe erweitert.

09. Mai 2017

Materialfehler, Werkzeugbruch oder einfache menschliche Bedienungsfehler sind auch im modernen Anlagen- und Maschinenbau unvermeidbar und führen oftmals zu schwerwiegenden Kollisionen. Diese verursachen häufig langwierige und kostenintensive Maschinenausfälle. Zum Schutz vor Überlast stehen dem Konstrukteur grundsätzlich zwei Lösungsansätze zur Verfügung. Entweder er greift zur rein mechanisch arbeitenden Sicherheitskupplung oder er entscheidet sich für ein elektronisches Sicherheitssystem zur Unterbrechung von An- und Abtriebsstrang.

Nachteil elektronischer Schutz

Im Vergleich zur mechanischen Drehmomentbegrenzung birgt die elektronische Variante jedoch deutliche Nachteile, welche insbesondere in der längeren Reaktionszeit zu verorten sind. Im Falle einer Überlast durch Störungen im Maschinenantrieb muss das Drehmoment erst deutlich ansteigen, damit ein elektronisches Störsignal an die Motorsteuerung weitergegeben wird. Dies kostet bereits wertvolle fünf bis sieben Millisekunden.

Doch anstatt den Antrieb sofort abzuschalten, versucht die Steuerung zunächst das Drehmoment weiter zu erhöhen, um den Sollwert zu erreichen. Bis zur Abschaltung des Motors gehen mindestens weitere zehn Millisekunden verloren. In dieser Zeit können bereits erhebliche Material- und Maschinenschäden entstanden sein.

Eine mechanische Sicherheitskupplung hingegen benötigt im Falle einer Überlast maximal fünf Millisekunden um An- und Abtriebsstrang komplett voneinander zu trennen. Darüber hinaus ist sie resistent gegen Stromausfälle und etwaige Verzögerungen durch verhältnismäßig große Massenträgheitsmomente im Antriebsstrang. Die Einsatzmöglichkeiten für Sicherheitskupplungen erstrecken sich über den gesamten Maschinen- und Anlagenbau. Je nach Konstruktion, technischen Features und Anbindungsvarianten können sie in Werkzeugmaschinen, Verpackungsmaschinen, Druckmaschinen, Automatisierungsanlagen, Textilmaschinen, Förderanlagen oder Prüfständen zur zuverlässigen Drehmomentbegrenzung eingebaut werden.

Bei der Wahl der passenden Sicherheitskupplung ist zunächst zu unterscheiden, ob es sich um einen direkten oder indirekten Antrieb handelt. Indirekte Antriebe sind dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte Antriebsstrang nicht auf einer gemeinsamen Achse liegt.

Die Antriebswelle ist parallel versetzt zur Abtriebswelle. Die Drehmomentübertragung erfolgt je nach Anforderung und Größe des Drehmoments über Riemen, Zahnräder oder Ketten und dient nicht zum Versatzausgleich, sondern zur spiel- und wartungsfreien Drehmomentübertragung.

Kupplungen für indirekte Antriebe

Zur Absicherung indirekter Antriebe hat Enemac eine Vielzahl von anwendungsspezifischen Lösungen im Programm. Dabei ist nicht nur die Anbausituation, sondern auch die Art der Klemmung an der Abtriebswelle bei der Kupplungsauswahl entscheidend. So werden etwa die Typen ECA, ECB und ECK mittels Konusklemmung auf der Welle fixiert. Wird hingegen eine Passfedernut zur Befestigung bevorzugt, kommen die Standardvarianten ECE, ECG, ECI oder ECU in Betracht.

Zusätzlich bietet Enemac den Kunden mit den Typen ECH (mit integriertem Kettenrad) und ECR (komplett aus Edelstahl gefertigt) zwei Sonderausführungen für besondere Applikationen an. Wird als Befestigungslösung eine Klemmnabe gewünscht, kann der Konstrukteur auf die Typen ECP oder ECOL zurückgreifen.

Als direkte Antriebe bezeichnet man Antriebsstränge, bei denen Antriebs- und Abtriebseinheit auf einer Achse liegen. Bei der Kupplungsauswahl sind Ausrastdrehmoment, Torsionssteifigkeit sowie Versatzausgleich zwischen Antriebs- und Abtriebswelle zu beachten. Versätze zwischen An- und Abtriebsstrang treten konstruktions- und montagebedingt bei nahezu allen Anwendungen auf. Ursache dafür sind zum einen Maßtoleranzen innerhalb der anzubindenden Bauteile, zum anderen äußere Faktoren wie Temperatur oder Witterung.

Axial-, Angular und Lateralversatz

Grundsätzlich unterscheidet man drei verschiedene Versatzarten: Axial-, Angular und Lateralversatz. Bei ersterem handelt es sich um Längenänderungen der, in der Regel aus metallischen Materialien gearbeiteten, Längsachse von Antriebs- und Abtriebswelle. Sie hängen vom spezifischen Wärmeausdehnungskoeffizienten des jeweiligen Werkstoffs ab, der bestimmt, wie sich das Material bei Temperaturänderungen ausweitet oder zusammenzieht. Die Längenänderung der Wellen bewegt sich normalerweise zwischen 0,1 und 1 Millimeter. Der Axialversatz kann problemlos durch ein zwischen den Naben befindliches Ausgleichselement, entweder aus Metall (Metallbalg) oder Polyurethan (Elastomerstern), behoben werden.

Angularversätze, auch Winkelversätze genannt, entstehen meist montagebedingt. Ein Versatz von bis zu 2,5 Grad kann in der Regel von Standardkupplungen ausgeglichen werden. Im Gegensatz zum axialen Versatz bedeutet der angulare Versatz aufgrund der höheren Belastung des Ausgleichselements eine deutliche Mehrbeanspruchung für die Sicherheitskupplung. Die stärkste Belastung der Kupplung tritt jedoch beim Lateralversatz auf. Bei diesem sind An- und Abtriebswelle parallel zueinander verlagert, sodass das Ausgleichselement durch zwei entgegengesetzte Winkelverlagerungen beansprucht wird.

Standardkupplungen können laterale Versätze von bis zu einem Millimeter ausgleichen. Die drei beschriebenen Versatzarten treten bei direkten Antrieben häufig auf. Werden jedoch die vom Hersteller angegebenen Maximalversätze eingehalten, sind die eingesetzten Kupplungen lebensdauerfest und müssen keiner regelmäßigen Wartung unterzogen werden.

Zur Absicherung direkter Antriebe bietet Enemac je nach abzusicherndem Drehmoment und Art der Wellenanbindung verschiedene Sicherheitskupplungsvarianten an. Wird ein Versatzausgleich mittels Metallbalg gewünscht, etwa für den Einsatz bei hohen Temperaturen bis zu 200 Grad Celsius, stehen die Typen ECUB, ECKH, ECPB, ECPH, ECKB oder ECUH zur Wahl. Auf Anfrage beim Hersteller können auch korrosionsgeschützte Ausführungen geliefert werden. Soll der Versatzausgleich jedoch durch ein Ausgleichselement mit Elastomerstern erfolgen, kann der Anwender jederzeit auch aus den Varianten ECKE, ECPB und ECUD wählen.

Produktkompass hilft bei der Suche

Eine Hilfestellung bei der Wahl der passenden Sicherheitskupplung bietet Enemac unter der eigenen Webseite www.enemac.de/sicherheitskupplungen/produkt-kompass. Der Kupplungshersteller aus Kleinwallstadt hat seine Drehmomentbegrenzer für direkte und indirekte Antriebe in letzter Zeit überarbeitet und einfache Rutschkupplungen mit ins Programm genommen. Das Unternehmen ist nun in der Lage, Anlagen mit Drehmomenten von 0,5 bis zu 23.000 Newtonmeter abzusichern.

Für die größeren Kupplungstypen bietet Enemac eine Schrumpfscheibenlösung zur Wellenbefestigung an, um die Sicherheit auch bei hohen Drehmomenten zu gewährleisten. Dadurch erweitern sich die Anwendungsfelder über den klassischen Maschinenbau hinaus in Bereiche unterschiedlicher Schwerindustrien wie der Krantechnik, dem Tagebau oder dem Schiffsbau.us

Erschienen in Ausgabe: 04/2017