In jedem Falle sicher

SICHERHEITSKUPPLUNG – Bei Störungen schützen Sicherheitskupplungen die Maschine vor Schäden. Unterschiedliche Typen bieten geeignete Lösungen für jeden Einsatzfall.

20. Juni 2008

Eine primäre Aufgabe im allgemeinen Maschinen- und Anlagenbau ist der Schutz der Maschine bei Störungen oder Fehlbedienung mit Hilfe von Sicherheitskupplungen. Je nach Anwendung und nach den spezifischen Eigenschaften des gesamten Antriebsstrangs müssen sich diese jedoch an den einzelnen Anwendungsfall anpassen lassen.

Die einfachste Lösung sind meist starre Sicherheitskupplungen. Sie eignen sich speziell für indirekte Antriebsstränge, bei denen das an der Motorwelle erzeugte Drehmoment über einen Riemen oder über Zahnräder auf die Abtriebsseite übertragen wird. Eine Sicherheitskupplung wird hier aus Platzgründen meist durch Klemmnaben oder Konusspannelemente direkt an die Motorwelle angebunden, während die Zahnriemenscheibe oder das Kettenrad auf die andere Kupplungsseite montiert werden. Das Ausrastsystem der Kupplung sitzt somit direkt im Hauptantriebsstrang und gewährleistet den Schutz der Maschine.

Starre Sicherheitskupplungen besitzen keine Ausgleichselemente wie etwa einen Metallbalg oder einen Elastomerkranz und lassen sich deshalb in vielen Fällen ohne eigene Lagerung montieren. Die durch die Riemenspannung verursachten Querkräfte sind bis zu einem gewissen Maß vernachlässigbar.

SCHUTZ BEI FLUCHTUNGSFEHLERN

Zum Einbau zwischen zwei Wellen, Zapfen oder Flanschen empfehlen sich meist torsionssteife Metallbalg-Sicherheitskupplungen. Diese Kupplungen bestehen aus zwei Naben zur Anbindung an die Wellen, dem Sicherheitselement sowie einem Edelstahlbalg. Dieser überträgt einerseits die Drehbewegung und kompensiert zugleich auftretende Fluchtungsfehler. Ohne diese Ausgleichsfunktion könnten die durch den Versatz auftretenden Rückstellkräfte möglicherweise zu groß sein und dadurch Lagerschäden verursachen. Der Metallbalg ist das einzige Ausgleichselement einer torsionssteifen Sicherheitskupplung, das Axial-, Angular- und Lateralversatz gleichzeitig kompensieren kann.

Die Endmontage aller Sicherheitskupplungen erfolgt auf speziell angefertigten Dornen. Dies gewährleistet gute Rundlaufgenauigkeit und minimiert somit auf die Lager wirkende Rückstellkräfte. Torsionssteife Sicherheitskupplungen eignen sich für Drehmomente zwischen 0,1 und 2.800 Newtonmeter und Bohrungsdurchmesser von 3 bis 200 Millimeter.

SCHWINGUNGSDÄMPFUNG

Eine Kompensation von Achsversätzen sowie Schwingungen und Stößen ermöglichen schwingungsdämpfende Sicherheitskupplungen. Diese enthalten einen Elastomerkranz aus thermoplastischem Polyurethan, der die Antriebsschwingungen aufnimmt, die zwischen dem Sicherheitselement mit Klemmnabe und der zweiten Kupplungshälfte auftreten können. An der Stirnseite des Elastomerkranzes angebrachte Nocken gewährleisten darüber hinaus eine elektrische Isolation der Kupplung. Schwingungsdämpfende Sicherheitskupplungen eignen sich für einen Drehmomentbereich von 2 bis 900 Newtonmeter. Die Bohrungsdurchmesser der Naben reichen von 3 bis 80 Millimeter. Eine positive Wirkung auf die Lebensdauer der verbundenen Maschinenteile haben diese Kupplungselemente allerdings nur, wenn sie über eine ausreichende Rundlaufgenauigkeit verfügen, dies betrifft insbesondere die Lage der Klauen zur Rotationsachse. Maßgeblich dafür ist deshalb die Genauigkeit der Fertigung.

Die Wahl des geeigneten Elastomers richtet sich nach der Intensität der Stoß-, Wechseloder Schwingungsbelastungen: Für geringe Schwingungen oder leichte Stoßbelastungen genügt ein torsionssteifer härterer Elastomerkranz mit geringem Dämpfungsvermögen, bei stark schwingenden Systemen oder ausgeprägten Stoßbelastungen empfiehlt sich ein Elastomerkranz mit hohem Dämpfungsvermögen, der jedoch nur eine geringe Torsionssteifigkeit bietet.

Die Elastomerkränze bestehen standardmäßig aus thermoplastischen Polyurethanen, die sich für einen Temperaturbereich von –30 bis +120 Grad Celsius eignen. Vor allem für Anwendungen mit stark schwankenden Temperaturen im Bereich zwischen –60 und +150 Grad Celsius empfehlen sich Elastomere aus thermoplastischen Polyesterelastomer- Blockcopolymeren vom Typ Hytrel.

Speziell zur Überbrückung von großen Wellenabständen dienen Gelenkwellen oder sogenannte Zwischenachsen. Ihr Einsatz erspart die zeitaufwendige Ausrichtung der Zwischenlager. Moderne Präzisionsgelenkwellen lassen sich heute zudem mit einer integrierten Sicherheitskupplung ausrüsten, die bei Überlast die An- und Abtriebsseite schnell voneinander trennt. Diese Einbindung der Sicherheitskupplung in die Gelenkwelle erspart also ein separates Bauteil, das meist zusätzliche Abstützungen wie beispielsweise Lager erfordert und verringert zudem deutlich den Platzbedarf.

Frank Kronmüller, R+W Antriebselemente

Fakten

- Sicherheitskupplungen schützen Maschinen und Anlagen bei Überlast durch Störungen und Fehlbedienung.

- Metallbalgkupplungen kompensieren Angularversätze bis zu 2 Grad und Lateralversätze bis zu 0,35 Millimeter.

- Kupplungen mit Elastomerkranz schützen vor Schwingungen und Stößen.

- Gelenkwellen mit integrierter Kupplung überbrücken größere Abstände.

Erschienen in Ausgabe: 04/2008