Sicherheitskupplung: Wann + Warum?
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Die Sicherheitskupplung schützt Maschinen und Anlagen zuverlässig vor Schäden, die durch Überlast entstehen können. Daher sollte bei einer Konstruktion immer die Frage gestellt werden: Sicherheitskupplungen Ja oder Nein? Am besten ist es, einen Experten wie Mayr Antriebstechnik zu fragen. Hier können Sie sich schon mal einlesen. Dieser Beitrag vermittelt viel Kupplungs-Know-how und zeigt einige Anwendungen in der Praxis.
Inhalt
- Warum es so wichtig ist, eine Sicherheitskupplung einzubauen
- Sicherheitskupplung – Die Neuheiten
- Schulungen für die richtige Auswahl der Kupplung
- Konfigurator für die passende Sicherheitskupplung
- Die Sicherheitskupplung in der Praxis – Anwender berichten
- Häufige Fragen
Warum es so wichtig ist, eine Sicherheitskupplung einzubauen
05.07.2021 | Maschinenbauer sollten es eigentlich wissen, wie wichtig es ist, eine Sicherheitskupplung in den Antriebststrang einzubauen. Eigentlich. Nicht immer aber werden sie in ihrer Konstruktion den hohen Geschwindigkeiten und Genauigkeiten moderner Maschinen gerecht, denn es gibt günstigere Alternativen. Was stattdessen für den Einsatz von Sicherheitskupplungen spricht, welche Arten es überhaupt gibt, wie Sie die Richtige auswählen erfahren wir von den Experten der Mayr Antriebstechnik.
Sicherheitskupplung – Ja oder Nein?
Moderne Maschinen mit ihren hohen Geschwindigkeiten und Genauigkeiten müssen eine ensprechende Steifigkeit aufweisen. Fehler in der Bedienung oder Programmierung können ebenso wie das Einwirken von Fremdkörpern zu einem Überlastfall im Antriebsstrang führen. Schlimmstenfalls entsteht durch solch einen Störfall eine harte Kollision. Die dann einsetzenden zu hohen Drehmomente können zu Schäden oder gar zur Zerstörung der Antriebe führen.
Hat der Konstrukteur eine Sicherheitskupplung vorgesehen, federt diese einen Überlastfall ab. Blitzschnell trennende, mechanische Sicherheitskupplungen bzw. Überlastkupplungen oder Drehmomentbegrenzer begrenzen exakt die Drehmomente. So werden die Bauteile vor der übermäßigen Belastung geschützt.
Ferdinand Mayr präsentiert Neuheiten zur SPS
Während der Produktionsleiter ein Interesse daran hat, unumgängliche Maschinenstillstände so kurz wie möglich bei geringstmöglichen Schäden zu halten, liegt die Entscheidung über den Einbau einer Sicherheitskupplung beim Maschinenhersteller. Möchte dieser hochverfügbare Maschinen ausliefern, deren Antriebsstrang von vornherein mit einer Sicherheitskupplung absichern und steht bei ihm das Ersatzteilgeschäft nicht im Fokus, ist das gut für den Endabnehmer. Er kann natürlich auch fordern, dass die Konstruktion durch Sicherheitskupplungen abgesichert ist. Ist beides nicht der Fall, kommen Alternativen zum Einsatz. Schauen wir uns die Nachteile solcher Lösungen an:
Alternativen für Sicherheitskupplungen und ihre Nachteile
Ein geringer zusätzlicher Aufwand ist die Nutzung einer elektronischen Überwachungsfunktion der Maschinensteuerung. Anhand des regular sowieso erfassten Motorstroms lässt sich der Arbeitsprozess permanent überwachen. Eine Motorstromregelung kann bei gering dynamischen Anwendungen und weicher Kollision eingesetzt werden.
Im Falle einer harten Kollision ist diese Methode aber zu langsam. Denn sie passiert oft unerwartet. Der die Anlage abschaltende Regelungsprozess startet erst nach der Kollision – rechtzeitige Gegenmaßnahmen Fehlanzeige. Die direkt im Antriebsstrang befindliche Überlastkupplung reagiert hier wesentlich schneller. Sie erfasst durchgehend die aktuellen Drehmomente und reagiert innerhalb weniger Millisekunden. Im Überlastfall öffnet sie den Antriebsstrang und entkoppelt die nachlaufenden Massen.
Ein software besiertes System ist eine weitere Alternative zur Vorbeugung von Kollisionen. Es erfasst unzulässige Annäherungen von Maschinenkomponenten im Arbeitsraum. Das macht es aber nur relativ grob und es erfordert eine hohe Rechnerperformance. Fehlerbehaftete Komponenten werden gar nicht erfasst.
Arten von Sicherheitskupplungen und ihre Funktion
Sicherheitskupplungen optimieren die Total Cost of Ownership (TCO). Verglichen mit den Investitionskosten sind diese oftmals sogar geringer als nur ein einzelner Überlastschaden.
Es gibt zwei Arten von Sicherheitskupplungen: lasthaltend und lasttrennend. Hierzu zählen Reibungskupplungen, magnetische Dauerschlupfkupplungen und gesperrte Kupplungen. Lasthaltende Sicherheitskupplungen begrenzen das Drehmoment auf den vorgegebenen Wert. Bei Überlast unterbrechen die Drehmomentbegrenzer die Drehmomentübertragung nicht. Vor allem bei vertikal oder schräg bewegten Massen ist das notwendig, damit die Last nicht unkontrolliert abstürzt.
Ausgleichskupplung für Hochtemperaturen
Lasttrennende Sicherheitskupplungen werden unterteilt in rastend, freischaltend, schaltbar und regelbar. Die Übertragung des Drehmoments erfolgt formschlüssig. Bei einer Überlast unterbricht die lasttrennende Sicherheitskupplung die Kraft oder Drehmomentübertragung und trennt die Antriebsseite von der Abtriebsseite.
Mayr bietet jede Kupplungsausführung für alle denkbaren Anwendungen an, darunter auch die EAS Sicherheitskupplungen, auf die wir nachfolgend genauer eingehen.
Elektrisch abschaltbare Sicherheitskupplungen
Mit der EAS Baureihe hat der Antriebsspezialist bereits vor mehr als einem halben Jahrhundert eine elektrisch abschaltbare Sicherheitskupplung auf den Markt gebracht. Das Portfolio umfasst eine lasthaltende Version und mehrere lasttrennende Ausführungen. Das große Standardportfolio deckt sehr viele Einsatzfälle ab. Dazu werden in Mauerstetten permanent Anpassungen hinsichtlich Drehzahl und Dynamik vorgenommen. Aus den derzeit 15 Baureihen stellen wir Ihnen nachfolgend drei Überlast Ausführungen detailliert vor:
Freischaltkupplung für Drehmomente bis 3000 Nm
Die neue Standardbaureihe EAS-compact F ist eine neue Freischaltkupplung für Drehmomente bis 3000 Nm. Die lasttrennende Kupplung überträgt das Drehmoment formschlüssig und liefert ein Signal über den Zustand des Antriebsstrangs. Wird die Kupplung bei Überlast einmal getrennt, ist sie nach Beseitigung der Störung sofort wieder einsatzbereit.
Die EAS-compact F verfügt über abgedichtete Funktionsteile.: O-Ringe verhindern auch bei hohen Drehzahlen zuverlässig, dass Schmiermittel aus der Kupplung geschleudert wird. In der verbesserten Einstellmutter mit ihrem symmetrischen Aufbau sind zudem die Skalierung einfacher ablesbar und die Wuchtgüte höher. Die kostengünstige Sicherheitskupplung ist für Drehzahlen im Bereich 12.000 min-1 ausgelegt.
Elementekupplung für Hochgeschwindigkeit
Für Anwendungen unter Hochgeschwindigkeit wurde die EAS-HSE Highspeed Elementekupplung entwickelt. Mit Drehmomenten zwischen 32,5 Nm und 15.000 Nm eignen sich sich für Drehzahlen von 25.000 min-1 mit den kleinen und 8000 min-1 mit den großen Baugrößen. Die kompakten Kupplungen gibt es in neuen Leichtbau Ausführungen.
Ein Beispiel ist eine Sicherheitskupplung mit Außendurchmesser 90 mm und weniger als 3 kg Gewicht. Diese Leistungsdichte basiert auf dem kompakten Design. Dem kleinen Außendurchmesser steht ein verhältnismäßig großer Bohrungsdurchmesser gegenüber. Die schwingungsarme Sicherheitskupplung funktioniert im Auslösefall sehr präzise dank der integrierten, symmetrisch angeordneten Elemente.
High-torque Elementekupplung bis 440.000 Nm
Eine neue Baureihe mit Drehmomenten von bis zu 440.000 Nm in der Standard Ausführung bietet die EAS-HT High-torque Elementekupplung. In der Sonderausführung sind sogar noch mehr möglich. Neben einer verbesserten Leistungsdichte bietet die EAS-HT eine deutlich breitere Auswahl an möglichen Bohrungen. Bei dieser Kupplung ist das Drehmoment werkseitig eingestellt und sofort wieder verfügbar nach dem Ausrasten.
Die nachfolgende Anwendung verdeutlicht das Potential der EAS-HT: Arcelor Mittal Ostrava (AMO) schützt die Komponenten des Antriebsstrangs in seinen Walzgerüsten mit EAS-HT Sicherheitskupplungen. Die Überlastkupplungen sitzen zwischen Motor und Getriebe, wo sie das Drehmoment auf den eingestellten Wert von 170.000 Nm bei einer max. Drehzahl vom 400 min-1. Hier den ganzen Anwenderbericht lesen.....
Intelligente Wellenkupplung für vorausschauende Wartung
Der Antriebsspezialist rüstet seine Sicherheitskupplungen natürlich auch für den Einzug der Industrie 4.0. Im modernen Antriebsstrang ist die Kombination einer Überlastkupplung mit einem Messsystem das Mittel der Wahl. Nicht nur, dass kein anderes elektronisches System so schnell Antriebs- und Abtriebsseite trennt wie die Überlastkupplung. Kombiniert man sie zudem mit Messtechnik, lassen sich auf Basis der Messergebnisse in Echtzeit Belastungsgrenzen verschieben. Damit kann die Maschine oder Anlage viel besser ausgelastet werden. Für solche Zwecke ist die intelligente Wellenkupplung Roba-DSM (Bild oben) mit einer Überlastkupplung kombinierbar.
Ausgleichskupplungen | Neuheiten Überblick diverser Hersteller
Mayr sieht hier natürlich auch noch Potential für die Zukunft. So untersucht man in Mauerstetten, was sich aus Messwerten wie Drehzahl, Drehmoment, Temperatur etc. noch aus dem Maschinenzustand herauslesen lässt und prüft, wie solche Daten z. B. für Predictive oder Preventive Maintenance nutzbar sind. Denkbar ist es, die Wartung oder den Austausch von Komponenten zu planen, sobald die Kupplung x-Mal ausgerastet ist. Das Ganze müsse aber auch in Kontext mit den entstehenden Kosten gesetzt werden. Die Sicherheitskupplungen neben dem Schutz auch als Indikator einzusetzen und mit ihm die TCO Kosten zu reduzieren, ist definitiv ein Trend für die Antriebselemente.
Sicherheitskupplung – Die Neuheiten
Sicherheitskupplungen für Highspeed-Anwendungen
13.05.2024 | Antriebsachsen im Highspeed-Einsatz benötigen zuverlässige Kupplungen: Zum Überlastschutz und für den Ausgleich von Wellenversatz präsentiert Mayr Antriebstechnik auf der Testing Expo seine neuen Modelle für die Prüfstandstechnik. Auf Basis der Roba-DS Stahllamellenkupplung gibt es nun eine gewichtsoptimierte Baureihe aus Aluminium.
Spielfreie Servokupplungen für Vertikalachsen in Werkzeugmaschinen
08.07.2019 | Mayr Antriebstechnik bietet mit seinen Kupplungen und Bremsen Komplettlösungen aus einer Hand für den zuverlässigen Schutz von Werkzeugmaschinen und Bearbeitungszentren. So sorgt zum Beispiel ein breites Spektrum an spielfreien, leistungsstarken Servokupplungen für eine sichere Verbindung zwischen den Wellen.
Diese Servokupplungen unterliegen je nach Anwendungsfall ganz unterschiedlichen Anforderungen. Deshalb hat der Antriebsspezialist verschiedene Metallbalg-, Elastomer- und Lamellenpaketkupplungen im Programm. Aktuell hat das Unternehmen seinen Standardbaukasten um zahlreiche neue Nabenausführungen und Zwischenhülsen ergänzt – zuletzt um eine neue lange Zwischenhülse für die „Roba-ES“ Elastomerkupplungen.
Mit der großen Variantenvielfalt ist das Unternehmen in der Lage, Lösungen für alle Antriebskonstellationen in der Servotechnik zu bieten, und zwar einfach und schnell. Denn das intelligente Baukastensystem sorgt zudem für eine hohe Verfügbarkeit, kurze Lieferzeiten bei Standardbauteilen und günstige Preise.
Elemente-, Freischalt- und Wellenkupplungen Portfolio erweitert
04.02.2019 | Neben Sicherheitsbremsen und den dazugehörigen Ansteuer- und Überwachungsmodulen entwickelt und fertigt Mayr seit Jahrzehnten bewährte Sicherheitskupplungen und Wellenkupplungen und steht für zuverlässige Komplettlösungen aus einer Hand. Und so hat das Unternehmen auch das Leistungsspektrum seiner Sicherheitskupplungen deutlich erweitert. So wurde die Leistungsdichte mit der neuen Baureihe „EAS-HT High-torque“-Elementekupplungen verbessert und die Auswahl an möglichen Bohrungen deutlich erweitert.
Dazu kommt eine neue Baureihe der EAS-compact Freischaltkupplung, in die das Unternehmen seine jahrelange Erfahrung und die Erkenntnisse aus zahlreichen Versuchsreihen einfließen hat lassen. Die Kupplungen tragen damit den stetig steigenden Anforderungen an Drehzahl und Dynamik Rechnung. Zudem wurden die „EAS-HSE“-Highspeed-Elementekupplungen für Hochgeschwindigkeits-Anwendungen um zwei kleine Baugrößen erweitert.
Im Bereich der Wellenkupplungen haben die Ingenieure u. a. den Drehmomentbereich der großen „Roba-DS“-Lamellenpaketkupplungen erweitert und bieten damit auch für Bereiche größer 100.000 Nm zuverlässige Anbindungen für Messflansche. Nicht zuletzt wurde der Standardbaukasten bei den spielfreien, leistungsstarken Servokupplungen vergrößert. Neue, moderne Fertigungsverfahren sorgen zudem für günstige Preise und kurze Lieferzeiten.
Korrosionsgeschützte Sicherheitskupplungen schützen vor Überlast
08.05.2012 | Korrosionsgeschützte Sicherheitskupplungen zum Schutz vor Überlastschäden bewähren sich in zahlreichen Applikationen, bei denen Nässe und Schmutz zu den tagtäglichen Umgebungsbedingungen zählen. Sie begrenzen bei Betriebsstörungen und Kollisionen das Drehmoment im Antriebsstrang auf einen definierten Wert und vermeiden so Schäden, Stillstandszeiten und Reparaturen. Mayr Antriebstechnik hat die Baureihe "EAS-HTL" um eine Bau-Größe mit einem Drehmoment von2400 Nm erweitert.
Die Gehäusekupplungen der Baureihe EAS-HTL lassen sich auch nachträglich in bestehende Konstruktionen und Anlagen einbauen. Die Abmessungen der Gehäuseflansche und der Wellen entsprechen den Standards IEC/B5 und Nema. Die extrem kurze Baulänge der Kupplung erleichtert dabei die Integration in die vorhandenen Antriebe. Zudem erlaubt die hohe Steifigkeit des massiven Stahlgehäuses den Anbau von hängenden Lasten. Die Gehäuseabdichtung verhindert neben dem Eindringen von Schmutz und Nässe auch das Auswaschen von Schmiermitteln aus der eingebauten EAS-NC beziehungsweise EAS-compact Sicherheitskupplung.
Diese Sicherheitskupplungen übertragen das Drehmoment im störungsfreien Betrieb über die gesamte Lebensdauer spielfrei und eignen sich deshalb auch für anspruchsvolle und dynamische Antriebskonzepte. Sie werden im Werk auf das gewünschte Grenzdrehmoment eingestellt. Bei Überschreiten dieses Momentes durch Überlast oder Kollision rasten die Kupplungen aus und trennen An- und Abtrieb in wenigen Millisekunden.
Ein integrierter Endschalter erkennt die Ausrastbewegung und gibt ein Signal aus, das beispielsweise zum Abschalten des Antriebs verwendet werden kann. Die Ausrastzeit ist abhängig von der Steifigkeit der Achse sowie der Härte und Geschwindigkeit der Kollision.
Metallbalgkupplung | Neuheiten, Einsatzfälle und Besonderheiten
Beim Ausrasten sorgt die Tellerfeder mit negativer Kennlinie dafür, dass das Drehmoment sofort abfällt und nicht erst nach einer deutlichen Drehmomentüberhöhung, was bei vielen anderen Sperrkörperkupplungen in Kauf genommen werden muss. Das Wiedereinrast-Verhalten nach einem Überlastfall ist unterschiedlich je nach Ausführung der Sicherheitskupplung, die in der EAS-HTL integriert ist.
Durchrastkupplungen rasten an beliebiger Position selbständig wieder ein und sind sofort wieder betriebsbereit. Synchronkupplungen verhalten sich ähnlich, aber mit der Besonderheit, dass sie nur an einer exakt definierten Position von An- und Abtriesseite einrasten können. Freischaltkupplungen dagegen bleiben ausgerastet, bis sie von Hand oder über Vorrichtungen wieder in Eingriff gebracht werden. Die gespeicherte Energie der rotierenden Massen kann so frei auslaufen. Die freischaltende Ausführung wird bevorzugt bei großen Massenträgheitsmomenten und hohen Drehzahlen eingesetzt.
Konfigurator für die passende Sicherheitskupplung
05.07.2021 | Damit Sicherheitskupplungen zuverlässig funktionieren, müssen sie auf die jeweilige Anwendung zugeschnitten sein. Die eine Überlastkupplung für alle Einsatzfälle gibt es nicht. Um den Anwendern die Auswahl zu erleichtern, bietet der Antriebsspezialist für einfachere Anwendungen und für die Vorauswahl speziellerer Einsatzfälle einen Konfigurator. Anhand technischen Daten wie Art der Antriebe, Drehzahl, Drehmoment oder Übertragungsverhalten wählt der Konstrukteur die für seine Anwendung passende Kupplung aus.
Rutschkupplungen und Überlastkupplung begrenzen Drehmomente
Er kann hier relativ einfach seinen Platzbedarf detektieren. Die Abmessungen der einzelnen Kupplungstypen sind gleich, egal ob die mechanische Funktion durchrastend, synchron oder freischaltend ist. Nach Auswahl der Kupplung stehen natürlich auch die Spezialisten von Mayr für eine Bestätigung oder Feinabstimmung gerne zur Verfügung – insbesondere auch, weil die Auswahl an Überlastkupplungen in der Vergangenheit mit 80 % sehr beratungsintensiv war. Denn am Ende müssen die Sicherheitskupplungen auch dann noch zuverlässig funktionieren, wenn ihr Einsatz erst nach sehr langer Zeit nötig wird.
Schulungen für die richtige Entscheidung
05.07.2021 | Mayr bietet aus seinem neuen Schulungscenter heraus online diverse praxisnahe Webinare an, darunter Grundlagenseminare zu Sicherheitskupplungen und Sicherheitsbremsen für Fach- und Führungskräfte, Konstrukteure, Entwickler und Sicherheitsbeauftragte. Sie alle werden auf Expertenniveau dazu qualifiziert, die Sicherheitskomponenten so auszuwählen und zu dimensionieren, dass sie Personen- und Sachschäden ausschließen können.
Die Sicherheitskupplung in der Praxis – Anwender berichten
- Sicherheitskupplung schützt zerstörungsfrei Tunnelbohrmaschinen
- Patentierte Wellenkupplung für die Getränketechnik
- Leistungsstarke Wellenkupplung für die Bäckereitechnik
- Sicherheitskupplungen beim Einsatz in der Verpackungsindustrie
- Zuverlässige Kupplung sichern Eis- und Frischkäseherstellung
- Robuste Sicherheitskupplung im Walzwerk von Acelor Mittal
Sicherheitskupplung schützt zerstürungsfrei Tunnelbohrmaschinen
10.01.2020 | Zwei Tunnelvortriebsmaschinen sind die größten Maschinen auf der Baustelle des Semmering-Basistunnels. Für ihren Überlastschutz sorgt die Sicherheitskupplung EAS-HT von Mayr Antriebstechnik. Diese Kupplungen lösen zuverlässig und nachvollziehbar aus und schützen die Antriebskomponenten nachhaltig.
Patentierte Wellenkupplungen für die Getränketechnik
18.09.2019 | Beyer Maschinenbau plant, entwickelt und baut effiziente Pack- und Palettieranlagen für die Getränke- und Lebensmittelindustrie. Die patentierte „Roba-DS“ Lamellenpaketkupplung von Mayr überträgt in diesen Anlagen präzise Drehmomente. In Hubanwendungen sorgen die „Roba-linearstop“ Sicherheitsbremsen zuverlässig für die Sicherheit von Mensch und Material.
Leistungsstarke Wellenkupplung für die Bäckereitechnik
14.01.2019 | In europäischen Großbäckereien laufen die Backstraßen für die Herstellung von Baguette zum Teil rund um die Uhr. Die Bäckereitechnik mit all ihren Komponenten müssen daher den hohen Beanspruchungen gewachsen sein. Deshalb setzt ein Hersteller auf die robusten und leistungsstarken Roba-DS Wellenkupplungen von Mayr Antriebstechnik.
Sicherheitskupplungen beim Einsatz in der Verpackungsindustrie
17.10.2017 | Sicherheits-Kupplungen sorgen in Verpackungsmaschinen und Abfüllanlagen für den zuverlässigen Schutz von Personen und Material. Sie trennen An- und Abtrieb blitzschnell und verhindern so teure Schäden. Damit die Kupplung optimal zur jeweiligen Anwendung passt, hat Mayr Antriebstechnik ein breites Spektrum an drehmomentbegrenzenden Sicherheits-Kupplungen entwickelt.
Robuste Sicherheitskupplung im Walzwerk von Acelor Mittal
04.05.2017 | Vom Eisenerzabbau bis zum Stahlwalzwerk bietet Mayr Antriebstechnik für die Stahlindustrie zukunftsweisende Sicherheitskupplungen mit hoher Leistungsdichte. Und so sorgen auch in den Walzwerken von Arcelor Mittal die Kupplungen aus Mauerstetten für höchste Betriebssicherheit und maximale Produktivität.
Zuverlässige Kupplungen sichern Eis- und Frischkäseherstellung
30.06.2016 | Damit die Kupplung optimal zur jeweiligen Anwendung passt, hat Mayr ein breites Spektrum an Drehmomentbegrenzern entwickelt. Für Einsatzbereiche wie die Lebensmittelindustrie, wo Nässe und Reinigungsflüssigkeiten zu den täglichen Umgebungsbedingungen gehören, bietet das Unternehmen korrosionsgeschützte Antriebselemente aus rostfreien Materialien.
Was ist eine Sicherheitskupplung?
Eine Sicherheitskupplung überträgt Drehmomente zuverlässig und begrenzt das auf einen definierten Wert. Indem sie in Sekundenbruchteilen beide Seiten des Antriebsstrangs trennt, erhöht sie die Anlagenverfügbarkeit, senkt die Betriebskosten und minimiert den Reparaturaufwand deutlich.
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Simone Dauer ist Leiterin Marketing und Kommunikation bei der Chr. Mayr GmbH + Co. KG, Mauerstetten.