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Antriebstechnik von Siemens und RockwellVom Hybridsystem zum doppelten Standard

Karl-Heinz Klumpe

Die KHS-Gruppe bietet die Antriebstechnik ihrer Verpackungsanlagen nun durchgängig in zwei verschiedenen Varianten an.

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SicherheitskupplungenEntspannt Fliegen

In fast allen Bereichen des Maschinenbaus werden zunehmend gewichtsoptimierte Bauteile zur Herstellung leichter und gleichzeitig leistungsfähiger Systeme gefordert. Damit die Sicherheit nicht auf der Strecke bleibt, werden in bestimmten Bereichen Sicherheitskupplungen eingesetzt, die ebenfalls nicht viel auf die Waage bringen dürfen.

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Sicherheitskupplungen: Entspannt       Fliegen

Gerade in der Luftfahrttechnik spielt eine konsequent umgesetzte Leichtbauweise eine entscheidende Rolle. Neben strengen gesetzlichen Vorgaben stehen hierbei vor allem die Flugeigenschaften eines Flugzeuges im Vordergrund. Diese werden unter anderem von dessen Gewicht beeinflusst. Um das Gewicht eines Flugzeuges möglichst gering zu halten, bedingt es des Einsatzes möglichst leichter Bauteile. Dies betrifft nicht nur die primären Sicherheitssysteme, sondern auch alle weiteren im Flugzeug verbauten Komponenten.

Ein weiterer Grund für die Senkung des Gesamtgewichtes sind die stetig steigenden Kerosinpreise und der CO2-Ausstoß. Aufgrund der Gewichtsoptimierung eines einzelnen Bauteiles wird ein Flugzeug wohl kaum kostengünstiger und umweltschonender eingesetzt werden können. Hier trifft der landläufige Spruch zu: „Die Summe macht’s“. Hierzu trägt auch R+W mit der Entwicklung einer speziellen gewichtsoptimierten und dennoch hochpräzisen Sicherheitskupplung für den Infotainmentbereich im Flugzeugbau seinen Teil bei. Natürlich darf eine konsequent durchgeführte Leichtbauweise nicht auf Kosten der Sicherheit gehen – das gilt auch für Komponenten im Kabinenbau. Überdies muss bei teuren Systemen die Lebensdauer der verbauten Komponenten berücksichtigt werden. Bei der Entwicklung eines durch einen Motor angetriebenen schwenkbaren Bildschirmsystems für den Premium-Fluggastbereich eines namhaften europäischen Flugzeugherstellers zeichnete sich ein erhöhtes Verletzungsrisiko im späteren Betrieb durch das verbaute Bildschirmsystem ab. Ohne Verwendung eines Überlastschutzes bestünde die Gefahr einer Verletzung, wenn während des Ein- und Ausfahrens des Monitors eine Person ihre Hand oder Finger zwischen Bildschirm und Sitz bringen würde. Zudem würde das kostspielige System beschädigt.
Um eine derartige durch die Einwirkung einer Person auftretende Überlast abzufangen und die weitere Funktionalität des Systems zu gewährleisten, hat die R+W Antriebselemente GmbH eine spezielle gewichtsoptimierte Sicherheitskupplung entwickelt. Diese beruht auf dem spielfreien, federvorgespannten Kugel-Kalotten-Prinzip. Im Überlastfall ist die anliegende Federkraft der Tellerfeder nicht ausreichend groß, um die Kugeln in den Kalotten zu fixieren. Sie verlassen die Kalotte und laufen aufgrund der Kernbohrungen im Grundkörper auf einer definierten Umlaufbahn. In diesem Fall ist der Anbauflansch vom Grundkörper getrennt, sodass die Kupplung kein Drehmoment mehr überträgt. Sobald die Störung durch Überlast behoben ist, rasten die Kugeln in der nächsten Kalotte wieder ein. Dieser Vorgang wird als Ausrast- und Wiedereinrastprozess bezeichnet. Da alle mechanisch belasteten Komponenten in der Sicherheitskupplung gehärtet sind, kommt es speziell im Bereich der Kalottenkante bei axialer Bewegung der Kugel nur zu sehr geringem Verschleiß beziehungsweise Setzungsverhalten.

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Bei Überlast sekundenschnelle Trennung

Im Falle einer Überlast, hier durch das Einwirken des Fluggastes, rastet die Kupplung aus und trennt An- und Abtriebsseite im Millisekundenbereich. Das heißt, ein weiterer mechanischer Vortrieb des Bildschirmsystems wird verhindert. Bei Abfall der Überlast rastet die Sicherheitskupplung automatisch wieder ein und gewährleistet die weitere Funktion des Systems. Um ein möglichst leichtes Bauteil zu realisieren, wurde die Sicherheitskupplung auf die erforderlichen Funktionen hin optimiert. Aufgrund des im Vorfeld präzise berechneten und auch in Versuchen bestätigten Ausrückmoments konnte auf die Einstellmutter gänzlich verzichtet werden. Positiv ist, dass ein Nachjustieren des werkseitig eingestellten Drehmoments nicht notwendig ist - auch nach mehrfachen Überlasten. Bei derartigen indirekten Antrieben werden Kupplungen oder andere Verbindungselemente nicht zum Versatzausgleich zweier Wellen, sondern zur spiel- und vor allem wartungsfreien Drehmomentübertragung benötigt. Damit beim Auftreten einer Überlast und der nachfolgend ausgelösten Zwangstrennung von Antriebs- und Abtriebsseite ein so genanntes Kippen vermieden wird, arbeitet die eingesetzte Sicherheitskupplung mit zwei Kugellagern. Diese werden in einem bestimmten Abstand zueinander in die Kupplung eingebaut, um das Kippen des Riemenrads zu verhindern.

Faserverstärkter Hochleistungskunststoff

Im Ergebnis konnte ein äußerst kompaktes und zuverlässig arbeitendes Sicherheitssystem verbaut werden, das speziell auf die Kundenwünsche hinsichtlich der Gewichtsoptimierung abgestimmt ist. Zudem konnte diese Entwicklung auf direkte Antriebsstränge, bei denen Antriebs- und Abtriebseinheit innerhalb einer Ebene liegen, übertragen und optimiert werden. Die für derartige Konstruktionen üblicherweise verwendeten Verbindungselemente aus Aluminium oder Stahl konnten hier durch die Naben aus der Ecolight Serie TX1 ersetzt werden. Diese Naben bestehen aus einem extrem steifen und faserverstärkten Hochleistungskunststoff. Durch den Einsatz dieser Naben konnten weitere Gewichtseinsparungen realisiert werden.
Jörg Stang, R+W Antriebselemente / st

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