Sicherheitskupplungen

Perfekter Überlastschutz

Fehlbedienung, Soft- und Hardwarefehler in der Steuerung und äußere mechanische Einflüsse sind in Maschinen und Anlagen die häufigsten Ursachen für Kollisionen. Teure Schäden und Produktionsstillstand sind die Folgen. Mechanische Sicherheitskupplungen bieten in den allermeisten Fällen zuverlässigen Schutz vor solchen Überlastschäden. Voraussetzung ist aber, dass die Kupplung auch optimal zu den Anforderungen der jeweiligen Anwendung passt. Nur wenige Anbieter haben die dafür erforderliche große Variantenvielfalt.
Zuverlässiger Überlastschutz in einer Abfüllanlage: Spielfreie Sicherheitskupplung in rostfreier Ausführung für den Einsatz in der Lebensmittelindustrie.

Sicherheitskupplungen sorgen durch exakte Drehmomentbegrenzung dafür, dass die Belastung von Bauteilen in Maschinen und Anlagen nicht über die zulässigen Werte ansteigt. Aufgrund dieses Vorteils sind zahlreiche Forderungen an moderne Maschinenkonstruktionen ohne Risiko realisierbar. Die konstruktiven Sicherheitsfaktoren können reduziert werden. Dadurch entstehen optimal dimensionierte Maschinen mit geringen Massenträgheitsmomenten. Solche Maschinen benötigen in der Folge auch kleinere Antriebsmotoren und Getriebe. Der Einsatz von Sicherheitskupplungen rechnet sich also schon für den Maschinenbauer durch Material- und Kosteneinsparungen bei der Maschinenauslegung. Den größten Nutzen bieten Sicherheitskupplungen für den Produktionsbetrieb. Keine Maschine ist vor Kollisionen sicher. Sie lassen sich zwar reduzieren, aber nicht komplett vermeiden. Sie treten gelegentlich auch bei Maschinen mit intelligenten Steuerungs- und Überwachungseinheiten auf. Anwender von CNC-Maschinen haben bestätigt, dass selbst bei erfahrenem Bedienpersonal im Jahr durchschnittlich etwa zwei Kollisionen pro Maschine nicht ungewöhnlich sind. Sie entstehen durch Fehlbedienung, Software- und Hardwarefehler in der Steuerung und äußere mechanische Einflüsse. Kollisionen können entstehen, wenn beispielsweise defekte Lagegeber eine falsche Ist-Position melden, Werkzeuge falsch eingespannt sind oder Fremdgegenstände in den Bearbeitungsbereich gelangen. Die Folgen sind hohe Reparatur- und Ersatzteilkosten, Stillstandszeiten, Produktionsausfall, Umsatzeinbußen und Imageverlust durch Lieferverzug.

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Lasthaltende Sicherheitskupplungen

Mechanische Sicherheitskupplungen bieten in den allermeisten Fällen zuverlässigen Schutz vor solchen Überlastschäden. Voraussetzung ist aber, dass die Kupplung auch optimal zu den Anforderungen der jeweiligen Anwendung passt. Dazu bedarf es einer umfangreichen Palette an lasthaltenden, lasttrennenden, drehmoment- und kraftbegrenzenden, reibschlüssigen, formschlüssigen, magnetischen, regelbaren und schaltbaren Kupplungen. Nur wenige Anbieter von Sicherheitskupplungen haben die dafür erforderliche große Variantenvielfalt. Mayr Antriebstechnik entwickelt und fertigt seit 50 Jahren solche Schutzelemente und hat als weltweiter Marktführer die breiteste Produktpalette. Eine der ersten grundlegenden Fragen bei der Auswahl der Sicherheitskupplung lautet, ob eine lasthaltende oder eine lasttrennende Kupplung die richtige Wahl ist. Lasthaltende Kupplungen begrenzen das Drehmoment auf einen vorgegebenen Wert entweder durch Relativbewegung zwischen An- und Abtrieb (Schlupf) oder durch Abschalten des Antriebs, wenn das eingestellte Grenzdrehmoment überschritten wird. Grundsätzlich gilt bei lasthaltenden Sicherheitskupplungen, dass die Drehmomentübertragung bei Überlast nicht unterbrochen wird. Wichtig ist dieses Verhalten beispielsweise bei vertikal oder schräg bewegten Massen, die auch bei Überlast gehalten werden müssen und nicht unkontrolliert abstürzen dürfen. Klassische Vertreter dieser Kategorie sind die Roba-Rutschnaben und die leistungsoptimierte Roba-Co-Pro. Sie übertragen das Drehmoment durch Reibschluss. Das Grenzdrehmoment für Überlast kann über Tabellen einfach und stufenlos eingestellt werden. Die formschlüssigen Kupplungen des Typs Eas-gesperrt begrenzen das Drehmoment nicht rein mechanisch. Sie betätigen bei Überlast lediglich einen Endschalter, dessen Signal zum Abschalten des Antriebs verwendet werden kann. An- und Abtrieb bleiben schlupffrei, durchschlagsicher und formschlüssig verbunden. Die dritte Kategorie der lasthaltenden Mayr-Kupplungen übertragen das Drehmoment berührungslos und verschleißfrei über Magnetkräfte. Diese Sicherheitskupplungen der Baureihe Roba-contitorque bestechen durch sehr hohe Einstellgenauigkeit und Drehmomentkonstanz. Aufgrund dieser Eigenschaft sind sie unter anderem bestens geeignet zum Aufschrauben von Verschlusskappen aller Art beispielsweise in der Pharma-, Kosmetik- und Getränkeindustrie und zur Kraftbegrenzung bei Auf- und Abwickelvorgängen.

Lasttrennende Absicherung

Lasttrennende Sicherheitskupplungen von Mayr übertragen das Drehmoment im Betrieb formschlüssig. Das Drehmoment wird bei den nicht schaltbaren Ausführungen über die Vorspannung von Tellerfedern erzeugt. Die Einstellung erfolgt sehr einfach über eine Skalierung, die entweder direkt den Drehmomentwert zeigt oder angibt auf wie viel Prozent des Maximalmomentes die Kupplung eingestellt ist. Bei den schalt- und regelbaren Eas-Sm, Eas-Zr und pneumatischen Eas-Sp Kupplungen bestimmen Stromstärke beziehungsweise Luftdruck die Höhe des Drehmoments. Lasttrennende Sicherheitskupplungen trennen bei Überlast oder Kollision An- und Abtrieb. Sie unterbrechen die Drehmoment- beziehungsweise Kraftübertragung. Freischaltende Ausführungen trennen dabei vollständig und nahezu restmomentfrei. Sie bleiben solange in dieser getrennten Position, bis sie von Hand oder über Vorrichtungen wieder eingerastet werden. Freischaltende Sicherheitskupplungen werden bevorzugt in schnelllaufenden Antrieben oder in Antrieben mit großen Massenträgheitsmomenten eingesetzt, damit die gespeicherte Rotationsenergie bei einer Kollision frei auslaufen kann. Zu dieser Kategorie zählen Eas-Varianten compact-Freischalt, 400-Freischalt, Elementekupplungen und die Eas-Elemente selbst. Auch die Eas-axial, die bei linearen Bewegungen zur Kraftbegrenzung eingesetzt wird, ist eine freischaltende Kupplung. Diese Überlastelemente begrenzen die auftretenden Zug- und Druckkräfte, beispielsweise in kurvengesteuerten Vorschubantrieben, als Drehmomentstütze für Aufsteckgetriebe oder als Kraftbegrenzung in Kurbeltrieben.

Rastend oder winkelsynchron?

Auch rastende Sicherheitskupplungen trennen An- und Abtrieb bei Überlast. Im Gegensatz zu freischaltenden Versionen sind sie nach Beseitigung der Betriebsstörung sofort wieder betriebsbereit. Sie rasten automatisch wieder ein, entweder alle 15° bei den Durchrastkupplungen oder nach einer vollen Umdrehung bei den Synchronkupplungen. Zu den aktuellen rastenden Ausführungen gehören die spielfreien Eas-compact, -smartic und -NC Kupplungen. Auch die heute noch sehr weit verbreitete klassische Mayr Sicherheitskupplung Eas-400 zählt zu dieser Kategorie. Aufgrund der verbesserten und weiterentwickelten Technik sollten aber bei Neukonzeptionen von Maschinen und Anlagen den drei vorab genannten spielfreien Ausführungen der Vorzug gegeben werden. Für den Einsatz in der Lebensmittelindustrie, der Verfahrenstechnik und anderen Bereichen mit kritischen Umgebungsbedingungen werden Eas-compact Sicherheitskupplungen auch aus rostfreiem Stahl gefertigt - entweder als offene Version oder mit Abdichtung. In der Umwelttechnik hat sich die Eas-HTL sehr bewährt. Hinter diesem Markennamen verbirgt sich eine compact Standardausführung, integriert in einem geschlossenen und abgedichteten Gehäuse. Dieses Gehäuse baut sehr kurz und hat genormte IEC/NEMA-Anschlussmaße zur einfachen Montage zwischen Motor und Getriebe.

Grenzdrehmoment in Betrieb veränderbar

Bei allen bisher genannten lasthaltenden und lasttrennenden Sicherheitskupplungen wird das gewünschte Grenzdrehmoment für Überlast über Feder- oder Magnetkräfte fest eingestellt. Formschlüssige Nachstellmuttern mit Kalibrierung oder direkt ablesbarem Drehmoment sorgen für eine zuverlässige und genaue Einstellung. Das Drehmoment ist also im Stillstand veränderbar, während des Betriebs aber bleibt es konstant. Im Gegensatz dazu kann bei den pneumatisch beziehungsweise elektrisch schalt- und regelbaren Sicherheitskupplungen Eas-Sp, -Sm und -Zr das Drehmoment auch im Betrieb über die Stromstärke beziehungsweise den Luftdruck verändert und dem Fertigungsprozess kontinuierlich angepasst werden. Diese Kupplungen, die sich bei kleinen Drehzahlen auch zum Zuschalten von Anlagenteilen eignen, wurden speziell konzipiert für automatisierte Maschinen mit wechselnden Betriebszuständen oder wechselnden Taktfolgen beziehungsweise Taktgeschwindigkeiten.

Überlastschutz für jeden Antrieb

Das Unternehmen Mayr Antriebstechnik, weltweiter Marktführer bei Sicherheitskupplungen, bietet mit rund einem Dutzend grundverschiedenen Familien von Sicherheitskupplungen eine runde Palette für nahezu alle Anwendungsbereiche in einem Drehmomentbereich von 0,1 bis 280.000 Nm. Innerhalb jeder Produkt-Familie sorgen unterschiedliche Bauformen dafür, dass für jede Antriebskonstellation eine passende Kupplungsvariante zur Verfügung steht. Sogenannte Flanschausführungen gibt es beispielsweise mit einfacher oder doppelter Lagerung für das Antriebselement oder als Ausführungen mit besonders langer Nabe zur Aufnahme zusätzlicher Lagerungen und sehr breiter Antriebselemente. Diese Kupplungsbauformen werden direkt mit dem Antriebselement verschraubt und auf einer Welle montiert. Eine andere große Gruppe bilden die Zwei-Wellen-Ausführungen. Dabei wird die Sicherheitskupplung mit einer drehsteifen beziehungsweise elastischen Wellenkupplung kombiniert. Diese Bauformen verbinden zwei Wellen und gleichen radialen, axialen und winkligen Wellenversatz aus. Neben den beiden großen Bauformgruppen "Flanschausführungen" und "Zwei-Wellen-Ausführungen" gibt es in jeder Produktfamilie weitere ganz spezielle artspezifische Bauformen. Jede Produktfamilie und jede Bauform steht zudem in mehreren Größen zur Verfügung. Damit bietet Mayr Antriebstechnik die breiteste Variantenvielfalt bei Sicherheitskupplungen. Und sollte selbst das weltweit größte Sortiment an Sicherheitskupplungen nicht ausreichen, um die spezifischen Anforderungen abzudecken, hat das Unternehmen aufgrund der langjährigen Erfahrung die Kompetenz, um eine maßgeschneiderte Lösung zu entwickeln. Hermann Bestle / Mayr

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