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Kupplung Sicherheitskupplungen richtig auslegen

Sicherheitskupplungen schützen Antriebskomponenten vor Überlast. Sie müssen absolut zuverlässig und effizient arbeiten. Entscheidend dabei ist die richtige Auslegung.

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Anforderungen an Sicherheitskupplungen sind enorm hoch. An erster Stelle steht die Zuverlässigkeit.
Anforderungen an Sicherheitskupplungen sind enorm hoch. An erster Stelle steht die Zuverlässigkeit.
(Bild: Jakob Antriebstechnik)

Treten im Betrieb einer Maschine oder Anlage Fehler auf, können im Antriebsstrang sehr hohe Drehmomente entstehen, durch die verschiedene Antriebsbauteile geschädigt werden können. Im schlimmsten Fall steht die Maschine danach still. Sicherheitskupplungen können dieses Szenario verhindern. Denn sie trennen bei Überschreitung eines definierten Drehmomentwertes An- und Abtrieb eines Antriebsstrangs voneinander – und das in wenigen Millisekunden. Durch dieses Ausrücken können Schäden minimiert und bestenfalls sogar verhindert werden.

Kupplung mit sicherer Überlastfunktion

Anforderungen an Sicherheitskupplungen sind daher enorm hoch. An erster Stelle steht die Zuverlässigkeit. „Eine sichere Überlastfunktion mit hoher Wiederholgenauigkeit des Ausrückmoments, auch bei hohen Drehzahlen und in beide Drehrichtungen sind gefordert", weiß Roland Arnold, Kon­struktionsleiter bei Jakob Antriebstechnik. Das Ausrückmoment ist jener definierter Wert, bei dem die Kupplung die Abkopplung auslöst. Daher ist es wichtig, dass die Kupplung genau den Bedürfnissen der jeweiligen Applikation entspricht. „Wichtigstes Kriterium ist, dass Sicherheitskupplungen sicher und zuverlässig auslösen müssen. Anders macht eine Sicherheitskupplung keinen Sinn", bestätigt Ralf Epple, Produktmanager bei von Mayr Antriebstechnik. Sven Karpstein, Geschäftsführer von KBK Antriebstechnik, ergänzt: „Das benötigte Auslösemoment muss von vornherein möglichst genau abgeschätzt werden. Zwar lassen sich alle unsere Überlastkupplungen stufenlos verstellen, aber vorher muss ein Überlastbereich gewählt werden, der dann beim Kunden nicht mehr modifiziert werden kann.“

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Sicherheitskupplungen kommen in unterschiedlichsten Branchen zum Einsatz. Vor allem aber dann, wenn Maschinenstillstände drastische Folgen haben und hohe Kosten verursachen. „Unsere Sicherheitskupplungen kommen klassischerweise in hochproduktiven Maschinen wie Werkzeugmaschinen oder Verpackungsmaschinen zum Einsatz. Darüber hinaus hat die Automatisierung aber auch in vielen anderen Bereichen Einzug gehalten, was besonders bei teuren oder sicherheitsrelevanten Abläufen einen Überlastschutz nötig macht, um Mensch und Maschine abzusichern“, erläutert Sven Karpstein.

Wer oder was soll geschützt werden?

Die Absicherung von Mensch und Maschine ist ein wichtiger Punkt. Denn wen oder was man absichern möchte, spielt eine bedeutende Rolle. Nicht alle Sicherheitskupplungen eignen sich für den Einsatz zur Personensicherheit. Bei der Auswahl einer Kupplung ist darauf zu achten oder dies mit den Herstellern abzuklären. Die meisten Hersteller weisen ein breites Standardportfolio an Sicherheitskupplungen auf. Manche machen dieses durch Baukastensysteme flexibler und anpassbar an spezielle Anwendungen. Reicht das Standardangebot nicht aus, sind viele Anbieter offen für kundenspezifische Anpassungen und Neuentwicklungen.

Der Trend nach immer effizienter werdenden Prozessen erfordert zudem möglichst leichte und kompakte Lösungen. R+W Antriebstechnik hat diese Anforderungen beispielsweise in seiner Modellreihe SL aufgegriffen. Laut Hersteller vereint diese Kupplung höhere Leistungsdichten, geringeres Gewicht und geringere Kosten im Vergleich zur klassischen Standardbaureihe. Die Modellreihe wird aus High-Tech-Materialien gefertigt und mit neuartigen Oberflächenbeschichtungen kombiniert. Die speziellen Werkstoffe sorgen dafür, dass sich das Gewicht der Kupplung reduziert. In Verbindung mit speziellen Tellerfedern und optimiertem Kugelrastmechanismus sollen die Kupplungen eine Drehmomenterhöhung von bis zu 50 % bei gleichzeitiger Reduzierung des Gewichts um 60 % im Vergleich zur Standardkupplung ermöglichen.

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Checkliste: ihr Weg zur richtigen Sicherheitskupplung

Bei der Bandbreite an Sicherheitskupplungen ist es wichtig, bei der Auswahl strukturiert vorzugehen. Die Experten von Mayr Antriebstechnik haben eine Checkliste erarbeitet, an der sich Konstrukteure orientieren können:

  • Anforderungen an die Kupplung anhand der technischen Daten des Antriebs und der Antriebskonstellation möglichst exakt definieren.
  • Wichtige Kenngrößen wie Drehmoment, Drehzahl, Übertragungsverhalten im Überlastfall und Kupplungsbauart (Reibungskupplung, Sperrkörperkupplung, Dauerschlupfkupplung) im Auge behalten.
  • Bei formschlüssigen Kupplungen auf spielfreie Drehmomentübertragung achten. Spielbehaftete Kupplungen neigen vor allem bei Reversierbetrieb und Wechselmomenten zu Verschleiß und damit zu frühzeitigem Ausfall.
  • Auf Montage-, Bedien- und Einstellfreundlichkeit achten. Eine einfache Handhabung vermeidet Anwendungsfehler und erhöht die Funktions- und Betriebssicherheit.
  • Von Herstellern mit Entwicklungs-, Fertigungs- und Anwendungserfahrung sowie breitem Produktprogramm beraten lassen. Auch ein weltweiter Vor-Ort-Service der Lieferanten kann von Vorteil sein.

Neue Kupplungs-Baureihen und -Baugrößen

Sven Karpstein hingegen weist auf die Halbschalenbauweise hin, die bei KBK Antriebstechnik entwickelt wurde. Sie soll einen radialen Einbau der Überlastkupplungen mit Metallbalg oder Elastomer ermöglichen und somit die Montage erleichtern und die Betriebssicherheit erhöhen. Auch die Baugrößen im Miniaturbereich werden vom Unternehmen weiter ausgebaut.

Neue Baugrößen hat auch Mayr Antriebstechnik zu bieten. Und zwar für die EAS-HSE-Highspeed-Kupplungen mit Drehzahlen bis 25.000 min-1. Außerdem hat das Unternehmen Sicherheitskupplungen im Programm, die durch langsames Rückwärtsdrehen automatisch wieder einrasten, ohne Einsatz von Pneumatik oder Hydraulik.

Auch bei Jakob Antriebstechnik gibt es eine Kupplung, die automatisch wiedereinrückt. Die Wiedereinrückung erfolgt bei Drehrichtungsumkehr mit geringer Drehzahl automatisch. Stillstandzeiten sollen so effektiv reduziert werden.

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Über den Autor

Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein

Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein

Redakteurin, konstruktionspraxis – Alles, was der Konstrukteur braucht