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Definition Was ist eigentlich eine Sicherheitskupplung?

Sicherheitskupplungen trennen bei Überlast An- und Abtrieb eines Antriebsstrangs voneinander und schützen so vor Schäden der Antriebsbauteile. Wie das funktioniert.

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Sicherheitskupplung mit Kugel-Rast-Funktion: Der Teilschnitt zeigt, wie die Kugeln gleichzeitig in die Verzahnung der antriebsseitigen Nabe und in die Senkungen des Druckflansches mit Zahnriemenscheibe eingreifen und so das Drehmoment übertragen.
Sicherheitskupplung mit Kugel-Rast-Funktion: Der Teilschnitt zeigt, wie die Kugeln gleichzeitig in die Verzahnung der antriebsseitigen Nabe und in die Senkungen des Druckflansches mit Zahnriemenscheibe eingreifen und so das Drehmoment übertragen.
(Bild: Mayr Antriebstechnik)

Unkontrollierte, zu hohe Drehmomente können zu Schäden im Antriebsstrang und schlimmstenfalls zu Maschinenstillstand führen. Um das zu verhindern, werden Sicherheitskupplungen eingesetzt, die im Überlastfall An- und Abtrieb eines Antriebsstrangs innerhalb von Millisekunden voneinander trennen. Damit die Kupplung weiß, wann ein Überlastfall auftritt, wird ein bestimmter Drehmomentwert definiert, bei dem die Kupplung das sogenannte Ausrücken auslöst. Dieser Wert wird Ausrückmoment genannt.

Sicherheitskupplungen werden auch als Überlastkupplungen oder Drehmomentbegrenzer bezeichnet.

Mechanische Sicherheitskupplungen

Unterschieden wird nach mechanischen und elektronischen Sicherheitskupplungen. Die mechanischen Varianten weisen eine schnellere Reaktionszeit (bis zu 5 ms) auf, als elektronische Ausführungen (bis zu 17 ms).

Mechanische Sicherheitskupplungen gibt es mit unterschiedlichen Funktionsprinzipien:

  • Kugel-Rast-Kupplungen
  • Rutschkupplungen

Das Kugel-Rast-Prinzip

Die Drehmomentübertragung erfolgt bei Kugel-Rast-Kupplungen formschlüssig über Kugeln oder Rollen. Die Kupplungsnabe ist als Kugelkäfig ausgebildet und dient als Aufnahme des Flanschringes, der Schaltscheibe mit Tellerfeder und der Einstellmutter. Die Kugeln oder Rollen werden mit einer eingestellten Federkraft in Senkbohrungen, sogenannte Kalotten, des Flanschrings gedrückt. Das Antriebsmoment wird so spielfrei übertragen. Bei Überlast verdreht sich der Flanschring zur Käfignabe, die Kugeln werden aus der Kalotte gedrückt und der Antriebsstrang unterbrochen.

Mittlerweile haben viele Hersteller auch Sicherheitskupplungen im Programm, die automatisch wiedereinrücken können.

Funktionsprinzip einer Rutschkupplung

Bei Rutschkupplungen wird das Drehmoment durch Reibschluss übertragen, genauer gesagt über Reibbeläge, die mit Tellerfedern vorgespannt werden. Wird das voreingestellte Drehmoment überschritten, rutscht die Kupplung durch und begrenzt damit das Drehmoment auf den eingestellten Wert.

Im Gegensatz zur Kugel-Rast-Kupplung, bei der ein lasttrennendes Funktionsprinzip vorliegt, ist diese Kupplung lasthaltend ausgeführt.

Anwendungsgebiete für Sicherheitskupplungen

Sicherheitskupplungen werden in vielen verschiedenen Bereichen des Maschinenbaus eingesetzt. Typische Anwendungen sind:

  • Werkzeugmaschinen
  • Automatisierungsanlagen
  • Robotik
  • Textilmaschinen
  • Druckmaschinen

Welche Kupplung zum Einsatz kommt, bestimmt die Art des Antriebs – indirekt oder direkt. Bei direkten Antrieben liegt der gesamte Antriebsstrang auf einer gemeinsamen Achse, bei indirekten Antrieben nicht. Um bei indirekten Antrieben ein sogenanntes Kippen bei Überlast und Auslösen der Sicherheitskupplungen zu vermeiden, arbeitet man hier mit zwei Kugellagern.

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Über den Autor

Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein

Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein

Redakteurin, konstruktionspraxis – Alles, was der Konstrukteur braucht