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Antrieb für Sensor-SchrauberLeise Schrauber mit Feingefühl

Mikro-Sensor-Schraubsysteme

Leise, hoch dynamische Kleinstantriebe mit großer Leistung in kleinem Bauraum erlauben es, Kleinkomponenten sachgemäß mit Hilfe von robusten Sensor-Schraubern zu montieren.

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SicherheitskupplungVom Crash getrennt

Großanlagen im Schwermaschinenbau werden meist rund um die Uhr und an sieben Tagen der Woche betrieben. Und damit steht eine hohe Verfügbarkeit in der Priorität mit ganz oben. Um beispielsweise die Komponenten in Antriebssträngen zu schützen, werden Kupplungen zur schnellen Trennung eingesetzt. Welche Vorteile bietet eine mechanische Sicherheitskupplung im Vergleich zu Brechbolzenkupplungen oder den hydraulische Varianten?
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Sicherheitskupplung: Vom Crash getrennt

Weltweit produzieren hochmoderne Stahlwerke eine Vielzahl von Legierungen rund um die Uhr. Ein Abschalten, beziehungsweise das Herunterfahren der Anlagen für Wartungsintervalle einzelner Komponenten wie Motoren, Getriebe, Lager oder Kupplungen wird daher möglichst vermieden, da ein so genanntes Einfrieren der Anlage (z. B. Schlackenbad) verhindert werden muss. Demzufolge werden weitestgehend wartungsfreie mechanische Komponenten eingesetzt. Was aber passiert, wenn sich in der Stranggießanlage ein Vorblock verkeilt, oder wenn in der Walzstraße ein falscher Druck beziehungsweise ein falscher Hubweg eingestellt ist? In diesen Fällen tritt die eingebaute Kupplung in Aktion. Sie hat die Aufgabe die "Crashseite" von der noch intakten Seite zu trennen, um die Zerstörung weiterer Komponenten im Antriebsstrang zu verhindern. Wenn sie richtig dimensioniert ist, funktioniert das auch. Nur muss sie nach dem Auslösen, beziehungsweise Ausrasten wieder in Betrieb genommen werden. Und das nicht nur möglichst schnell ¿ sondern auch wieder mit dem richtigen Ausrastmoment. Die mechanische Sicherheitskupplung von R+W Antriebselemente wurde für einen maximalen Schutz gegen die Zerstörung der Komponenten im Antriebsstrang ausgelegt. So ist sie beispielsweise um den Faktor 1,3 bis 2,0 über das Kipp- oder Sattelmoment des Motors dimensioniert. Bahnt sich während des Normalbetriebs ein Crash an, steigt das Drehmoment im Antriebsstrang überproportional. Die Kupplung trennt im Millisekundenbereich die defekte von der noch intakten Seite und verhindert damit einen Totalausfall aller Komponenten. Aufgrund des blitzschnellen Trennens der Sicherheitskupplung muss der Monteur im besten Fall nur ein Austausch bzw. Behebung der Blockade vollziehen. Das wartungsfreie und vor allem das wieder einrastbahre Funktionsprinzip der Kupplung ermöglicht die erneute Inbetriebnahme der Anlage in nur wenigen Minuten. Mit Brechbolzenkupplungen oder hydraulische Kupplungen ist dies deutlich komplizierter. So ist eine Brechbolzenkupplung im Anschaffungspreis zwar günstiger, benötigt aber zur Wiederinbetriebnahme eine vielfach höhere Montagezeit. Die Bolzen, meist inklusive Buchsen, müssen zunächst vollständig demontiert werden. Danach wird die Kupplung neu justiert, bevor mit enormem Montageaufwand die neuen Stifte mit Buchsen eingesetzt werden. Der vorteilhafte Einkaufspreis hat sich spätestens bei dem ersten Auslösevorgang relativiert. Des Weiteren benötigt die Wiederinbetriebnahme der Kupplung einen hohen Grad an Erfahrung des Monteurs, denn bei falscher "Reparatur" der Kupplung rastet diese in Zukunft bei anderen Drehmomenten aus!

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Für Drehmomente bis 160.000 Nm

Eine Überlastkupplung, die auf einem hydraulischen Prinzip arbeitet punktet am Anfang mit ihrer extrem kompakten Bauform. Löst die Kupplung aufgrund von Überlast aus, wird durch mehrere Abscherventile das bis zu 1000 bar unter Druck stehende Öl aus der Kupplung herausgeschleudert. Und das führt zu Verunreinigung anderer Maschinenbauteile, die in der Nähe montiert sind. Nach dem Stillstand der Anlage müssen die einzelnen Ventile erneuert werden und mit einer speziellen Pumpe (exakte Druckanzeige) gefüllt werden. Ein präziser Druck ist wichtig, da sich sonst das Ausrückdrehmoment verändert. Die hydraulische Sicherheitskupplung trennt zwar im Überlastfall die An- und Abtriebsseite auf das Nenndrehmoment, ein Freilaufen der einzelnen Komponenten findet aber erst nach einer gewissen Zeitverzögerung statt. Dies kann unter Umständen zu weiteren Schäden von Komponenten führen. Die neue Sicherheitskupplung hingegen kann aufgrund des mechanischen Funktionsprinzips sofort (Tellerfedern) wieder in Betrieb genommen werden. Es müssen keine Verschleißteile wie beispielsweise Bolzen oder Ventile nachgerüstet werden. Außerdem findet keine Verunreinigung der Bauteilkomponenten statt. Das Wichtigste an dieser Stelle aber ist: Der Betreiber hat die zu 100% garantierte Sicherheit, dass die Kupplung bei erneutem Schadensfall exakt bei dem benötigten Drehmoment ausrastet - eine ordnungsgemäße Wiederinbetriebnahme ist bei dem R+W Prinzip also gewährleistet. Sie besteht aus zwei Flanschen die mittels so genannten Schaltteilen verbunden werden. Diese werden in einem definierten Umfang am ersten Flansch montiert. Mit Tellerfedern wird die am Kopfende sitzende Kugel mit einer definierten Kraft in das gegenüberliegende Einrastsegment gedrückt. Über die physikalische Beziehung Kraft x Hebelarm = Drehmoment erfolgt die Anpassung der Kupplung; das heißt, jedes Schaltteil wird in einem vorbestimmten Kraftbereich über eine Skala (!) eingestellt. Und das reduziert den Aufwand deutlich. Darüber hinaus baut diese Kupplung im Vergleich zu anderen mechanischen Sicherheitskupplungen bis zu 23% kompakter im Bezug auf den Außendurchmesser. Der Unterschied im Gesamtgewicht der Kupplung beträgt im extremsten Fall eine Tonne. Demzufolge können bei den jeweiligen Kupplungsgrößen wesentlich höhere Umfangsgeschwindigkeit zugelassen werden. Insgesamt optimiert diese Neuentwicklung die Baugröße, das Gesamtgewicht und die maximal zulässige Betriebsdrehzahl. Die einzelnen Verbesserungen speziell in der Baugröße wurden vom Markt direkt an R+W gefordert. Denn eine Reduzierung von bis zu 73% ermöglicht eine leichtere Montage der Kupplung. Dadurch wird der gesamte Antriebsstrang leichter und kann eventuell in einer Vormontage zusammengebaut werden. Abschließend reduziert das geringere Gesamtgewicht ebenfalls das Massenträgheitsmoment durch die geringeren Schwungmassen. Neben der Verkürzung im Beschleunigungs- und Abbremsvorgangs erreicht die Anlage eine höhere Dynamik welches letztendlich eine höhere Produktivität für den Endkunden bedeutet.

Kompensation von radialen Querkräften

Die Sicherheitskupplung der Baureihe ST steht dem Markt mit einer kurzfristigen Lieferzeit zur Verfügung und reicht bis zu einer Drehmomentbegrenzung von 160.000 Nm. Bei Anlieferung der Kupplung ist diese voll funktionsfähig und bedarf keine zusätzlichen Wartung oder Schmierung. Je nach dem Ausrückdrehmoment sitzen 3, 6 oder 9 Schaltteile am Umfang symmetrisch verteilt. Die bei allen drei Ausführungen vorgesehenen 9 Vorbohrungen ermöglichen dem Kunden jederzeit die Nachrüstung von einzelnen Schaltteilen. Im extremen Fällen (kompakte Einbaulage mit sehr hohen Drehmomenten) kann entweder die Anzahl der Schaltteile von 9 auf 12 oder die Anzahl der Tellerfedern für mehr Kraft erhöht werden. Dies hat eine Leistungssteigerung von bis zu 25% der gesamten Kupplungseinheit zur Folge. Auch im Bereich der Wiedereinrastung konnten R+W auf der Hannovermesse Verbesserungen präsentieren. Eine Umlaufende Nut ermöglicht einen Hebelpunkt zur besseren und einfacheren Wiedereinrastung der einzelnen Stößel. Dieser Vorteil reduziert die Stillstandszeiten bis zur Wiederinbetriebnahme der Anlage. Die Sicherheitskupplung der Baureihe ST ist für indirekte Antriebe (Modellreihe ST1) entwickelt worden. Technische Parameter wie beispielsweise Radial-Querkräfte durch Ketten- oder Riemenräder werden durch spezielle Schulterlager kompensiert. Diese Lager ermöglichen ebenfalls eine nahezu unbegrenzte Zeit für das Abbremsen der einzelnen Schwungmassen bis zum Stillstand. Die Hauptanbindungsart für die Modellreihe ST1 sind Gelenkwellen bzw. Kardanwellen. Diese Verbindungselemente werden meistens zur Kraftübertragung in Schwermaschinenbau genutzt. Durch die kompakte Bauweise wird der Außerdurchmesser der gesamten Kardanwellen nur minimal größer. Als Anbindung an die meist kleineren DIN Flansche der Kardanwelle wird eine einfache Lösung mit einem Verbindungsflansch angeboten. Neben den indirekten Antrieben stehen dem Markt zwei weitere Modelle für direkte Antriebe zur Verfügung. Die Baureihe ST2 besitzt neben dem Sicherheitssegment ein elastisches Ausgleichselement. Dieser Kunststoff in Form von Natur- oder Synthesekautschuk gleicht die auftretenden Versätze in axialer, lateraler und angularer Richtung aus. Weiterhin werden Drehmomentstöße oder Schwingungen gefiltert. Die zweite Baureihe für direkte Antriebe (Modell ST3) wird als torsionssteife Ausführung angeboten. Merkmale sind eine exakte Drehmomentübertragen, sehr hohe Robustheit und die Kompensation von allen drei auftretenden Versatzarten bei sehr geringen Rückstellkräften.

Zusammenfassung

Die vorgestellten Sicherheitskupplungen der Baureihe ST sind in vier verschieden Größen für Drehmomente von 1.000 bis 160.000 Nm verfügbar. Es können Wellendurchmesser von 40 bis 290 mm adaptiert werden. Die Kupplungen sind absolut spiel- und wartungsfrei und mit einem umfangreichen Lieferpaket angeboten. Dieses beinhaltet neben der Kupplung einen Stirnlochschlüssel zur Veränderung des Ausrückdrehmoments und eine Auskuppeleinheit zur einfacheren Verstellung des Drehmoments. Tobias Wolf, R+W Antriebselemente/Dr. Peter Stipp

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