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Sicherheitskupplungen Mechanik versus Elektronik – Sicherheitsbauteile im Vergleich

| Autor / Redakteur: Dirk Hasenstab* / Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein

Sicherheitseinrichtungen, welche im Störfall vor Anlagenschäden schützen und Stillstandzeiten verhindern, werden immer wichtiger. Welche Vorteile dabei mechanische Komponenten haben, zeigt R+W anhand seiner Sicherheitskupplungen.

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Ein Sicherheitskupplungsmodell aus der Baureihe SK/ES ist beispielsweise die steckbare SK5 mit Klemmnaben und torsionssteifem Metallbalg.
Ein Sicherheitskupplungsmodell aus der Baureihe SK/ES ist beispielsweise die steckbare SK5 mit Klemmnaben und torsionssteifem Metallbalg.
(Bild: R+W)

Drehmomentüberlastungen können verschiedene Ursachen haben. Sie sind beispielsweise das Resultat von Bedienungsfehlern oder Störungen in der Elektronik. Um die Maschinenapplikationen zu schützen und teure Stillstandszeiten zu vermeiden, setzen Maschinen- und Anlagenbauer verschiedene Sicherheitseinrichtungen ein. Neben rein mechanisch funktionierenden Komponenten können hier auch viele elektrische Varianten eingesetzt werden. Bei einem Vergleich beider Funktionsprinzipien stellt man fest, dass mechanische Sicherheitsbauteile gegenüber elektronischen Sicherheitskomponenten zahlreiche Vorteile aufweisen.

Schnelligkeit ist entscheidender Faktor

Besonders wird dies bei der Reaktionszeit beider Varianten deutlich: Schließlich ist Schnelligkeit in diesem Kontext ein entscheidender Faktor. Je schneller die Steuerung abschaltet oder das Bauteil die Drehmomentübertragung unterbricht, desto geringer sind Folgeschäden an Komponenten oder der gesamten Maschine.

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Beispielhaft lässt sich dies an folgendem Szenario aus der Praxis verdeutlichen: Infolge einer Blockade oder Kollision tritt in einer Maschine eine Überlast auf. Bei einer elektronischen Überwachung muss nun die Information der Drehmomentüberlast an die Motorsteuerung geliefert werden. Dabei vergehen im Schnitt 5 ms bis 7 ms. In dieser Zeitspanne versucht die Steuerung das Drehmoment weiter zu erhöhen, um den Sollwert zu erreichen. Im optimalen Fall vergehen zwischen Signalankunft an der Motorsteuerung bis zur Motorabschaltung weitere 10 ms. Folglich dauert es insgesamt mindestens 15 ms bis 17 ms von einer Blockade in der Maschine bis zur Abschaltung des Motors.

Eine mechanische Sicherheitskupplung trennt die An- und Abtriebseite innerhalb von 3 ms bis 5 ms voneinander – also in einem Drittel der Zeit einer elektronischen Abschaltung. Die 10 ms bis 14 ms, die eine mechanische Absicherung schneller reagiert, tragen entscheidend dazu bei, Maschinen- und Werkzeugschäden zu verhindern.

Ein weiterer Vorteil der Mechanik gegenüber der Elektronik ist die niedrigere Anzahl der möglichen Fehlerquellen. Um die Anlagen mit elektronischen Überwachungssystemen bestmöglich zu schützen, sind viele Sensoren notwendig. Zusätzlich zu den Sensoren müssen Drehmomentmessgeräte an wichtigen Positionen innerhalb der Anlage angebracht werden. Dieser Aufbau von mehreren und verschiedenen Sicherheitskomponenten birgt Risiken bzw. Fehlerquellen und muss zudem regelmäßig überprüft und gewartet werden. Der Vorteil einer mechanisch schaltenden Sicherheitskupplung besteht an dieser Stelle darin, dass in der Anlage nur eine Sicherheitskupplung je Achse benötigt wird und somit auch nur diese überwacht werden muss.

Einfache Handhabung

Darüber hinaus punkten diese durch ihre einfache Handhabung und leichte Verstellmöglichkeit. Sind beispielsweise zu hohe Massenträgheitsmomente im gesamten Antriebsstrang vorhanden, sodass die Kupplung beim Abbremsen und Beschleunigen regelmäßig auslösen würde, kann das Ausrückmoment aufgrund des vorhandenen Einstellbereiches problemlos an die Gegebenheiten angepasst werden. Durch die variablen Einbaumöglichkeiten kann die Kupplung zudem genau dort im Antriebsstrang eingesetzt werden, wo die Wahrscheinlichkeit einer Überlast am größten ist.

Die R+W Antriebselemente GmbH bietet mit ihren verschiedenen Baureihen von mechanischen Sicherheitskupplungen für vielfältige Anwendungsfälle die passenden Lösungen. Die drehmomentbegrenzbaren Kupplungen sind in unterschiedlichen Modellreihen, Größen und Varianten erhältlich und zeichnen sich grundsätzlich durch ihre hohe Präzision aus. Wie alle Sicherheitskupplungen von R+W arbeiten diese nach einem federvorgespannten Kugelrastprinzip und mit eigens dafür entwickelten Tellerfedern. Dies gewährleistet im Überlastfall ein Trennen von An- und Abtrieb im Millisekundenbereich und eine niedrige Restreibung. Sicherheitskupplungen von R+W werden im Werk auf das benötigte Drehmoment (Ausrückmoment) eingestellt. Dieses kann jedoch leicht, innerhalb des möglichen Einstellbereiches, an veränderte Anforderungen angepasst werden.

Die klassische Modellreihe (SK / ES) eignet sich hierbei für Drehmomente zwischen 0,1 Nm und 2800 Nm. Die verschiedenen Modelle der Baureihe sind sowohl für eine direkte oder indirekte Anbindung, mit Klemmnaben-, Konusklemmring- oder Passfederanbindung sowie als torsionssteife Metallbalg- oder als schwingungsdämpfende Elastomerversion erhältlich. Die Modellreihe ist, je nach Anforderung, zudem in unterschiedlichen Funktionsweisen verfügbar – mit winkelsynchroner Wiedereinrastung, als Durchrastkupplung, in einer Freischaltausführung und als gesperrte Version.

Sicherheitskupplungen in Leichtbauweise

Um den sich stetig verändernden Marktanforderungen, wie beispielsweise nach niedrigeren Massenträgheitsmomenten, höheren Betriebsdrehzahlen oder effizienteren Prozessen gerecht zu werden, verfügt R+W zudem über Leichtbau-Sicherheitskupplungen, welche sich besonders durch ihre hohe Leistungsdichte auszeichnen. Die Leichtbau-Sicherheitskupplungen der SL-Baureihe sind ebenfalls in verschiedenen Funktionsweisen verfügbar und in unterschiedlichen Versionen für die Verwendung in direkten oder indirekten Antrieben erhältlich.

Industrie-Sicherheitskupplungen der Baureihe ST können im Standard für Drehmomente bis 250.000 Nm bezogen werden. Auch die robusten und leistungsstarken Kupplungen dieser Modellreihe sind in vielen Ausführungen und Größen für unterschiedliche Anforderungen und Applikationen lieferbar. Zahlreiche Optionsmöglichkeiten und Sonderausführungen, beispielsweise Sicherheitskupplungen für noch höhere Drehmomente, ergänzen das R+W Sortiment.

Wenn es darum geht, Maschinen und Anlagen zu schützen und so Stillstandzeiten zu vermeiden, können Sekundenbruchteile entscheidend sein. Mechanische Sicherheitskupplungen geben den Anwendern nicht nur einen wertvollen zeitlichen Vorsprung, sie leisten zudem noch einen wichtigen Beitrag zur Erhöhung der Prozesssicherheit und punkten durch ihre einfache Handhabung. (sh)

SPS IPC Drives 2016: Halle 3A, Stand 320

* *Dirk Hasenstab ist in Marketing und Vertrieb bei der R+W Antriebselemente GmbH tätig.

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