Rutschkupplung und Überlastkupplung begrenzen Drehmomente
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Kollisionen im Antriebsstrang sorgen für plötzliche hohe Drehmomentspitzen, die angrenzende Bauteile beschädigen oder gar zerstören können. Zur Begrenzung der Drehmomente auf einen definierten Wert stehen entweder die Rutschkupplung oder ausrastende Überlastkupplung zur Verfügung. Im Portfolio von Orbit Antriebstechnik findet der technische Anwender verschiedenste Sicherheitskupplungen für ein breites Anwendungsspektrum und weite Drehmomentbereiche.
Inhalt
Rutschkupplung für den Schutz von Mensch und Maschine
Auslöser von Kollisionen im Antriebsstrang können beispielsweise Bedienungsfehler oder Störungen im Betrieb sein. Umso wichtiger ist es, dass diese plötzlich sehr hohen Drehmomente von den Bauteilen abgekoppelt werden. Neben dem erwähnten Schutz vor Kollisionen können Drehmomentbegrenzungs Aufgaben auch bewusst als Teil der Funktion für Bahnspannungsregelung, Bremsen und zum Schutz von beteiligten Personen eingesetzt werden. Für die Drehmomentbegrenzung arbeiten Rutschkupplungen mit Reibbelägen, während ausrastende Überlastkupplungen Kugeln verwenden.
Warum es so wichtig ist, eine Sicherheitskupplung einzubauen
Rutschkupplung und Rutschnabe übertragen das Drehmoment reibschlüssig. Wird das ab Werk voreingestellte oder vom Anwender selbst gesetzte Drehmoment überschritten, rutschen die Kupplungen oder in den Rutschnaben das jeweilige Übertragungselement wie Ketten- oder Zahnrad durch und begrenzen damit das Drehmoment auf diesen eingestellten Wert. Im Allgemeinen spricht man bei diesen Drehmomentbegrenzern auch von lasthaltenden Sicherheitskupplungen.
Sicherer Überlastschutz in sehr platzsparend ausgelegten Antriebssträngen gewährleistet das besonders kompakt bauende Sicherheitskupplung Portfolio Securmax. Ob die Anwendung dabei eine lasttrennende Überlastkupplung mit gleichzeitig integriertem Übertragungselement oder einen lasthaltenden Drehmomentbegrenzer mit gleichzeitigem Verlagerungsausgleich für direkte Antriebe erfordert – Orbit Antriebstechnik hält hierfür die passende Antriebslösung bereit. Wir stellen Ihnen nachfolgend die Möglichkeiten vor:
Spielfreie, lasttrennende Überlastkupplung für Servoachsen
Selbst in modernen Servoantriebskonzepten mit Elektronik sind lasttrennende Sicherheitskupplungen erfahrungsgemäß häufig unverzichtbar, denn ihre mechanische Trennung und Abkopplung im Antriebsstrang erfolgt unmittelbar. Die spielfreie Sicherheitskupplung „Securmax Servo“ ist konzipiert für diese dynamischen Aufgabenbereiche. Sie schützt zum Beispiel Arbeitseinheiten von Werkzeugmaschinen bei Produktkollision oder Motorschlitten und Servomotoren vor Stößen und an Endanschlägen.
Die Drehmomentübertragung erfolgt bei ihnen über Kugeln, die mittels eingestellter Federkraft in Senkungen gedrückt sind. Bei Überschreitung des Drehmoments rücken diese Sperrkörper gegen die Federkraft aus ihren Senkungen und sorgen damit für die Unterbrechung des Drehmoments. Damit das Drehmoment im Überlastfall sofort abfällt, arbeiten die spielfreien Überlastkupplungen mit degressiven Tellerfedern. Aktuell ist das Programm auf einen Bereich an einstellbaren Überlastmomenten von 0,7 bis 1200 Nm erweitert worden.
Die Wiedereinrastung nach Beseitigung der Überlastsituation kann alternativ durchrastend oder synchron wiedereinrastend erfolgen. Das umfangreiche Lieferprogramm umfasst Drehmomentbegrenzer für indirekte Antriebe in Naben- oder Konusnabenausführung. Für direkte Antriebe ermöglichen Varianten kombiniert mit torsionssteifer Metallbalgkupplung oder schwingungsdämpfender Elastomerkupplung zusätzlich den effektiven Ausgleich radialer, axialer und angularer Wellenverlagerungen.
Bei schwingungskritischen Anwendungen sind Ausführungen kombiniert mit drehelastischen und dämpfenden Elastomerkupplungen eine weitere Option. Anwendungsbereiche dieser spielfreien Sicherheitskupplungen sind beispielsweise Druckmaschinen, Werkzeugmaschinen, Servomotoren, Handlingautomaten, Verpackungs- und Abfüllmaschinen. Für robuste Anwendungen gibt es Ausführungen mit progressiven Tellerfedern.
Freischaltende, hygienische und ökonomische Sicherheitskupplungen
Das Programm von Orbit Antriebstechnik enthält eine freischaltende Version der Reihe Securmax Servo. Die Lösung für indirekte Antriebe sind Ausführungen zur Integration von Übertragungselementen wie Kettenrad oder Riemenscheibe. Für einen unmittelbaren Drehmomentabfall besitzen diese spielfreien Sicherheitskupplungen ebenfalls eine degressive Tellerfederanordnung. Bei diesen freischaltenden Ausführungen erfolgt ein sofortiges Trennen von An- und Abtrieb im Überlastfall. Dabei kann die gespeicherte Rotationsenergie frei auslaufen, die freischaltende Sicherheitskupplung bleibt ausgerastet.
Die Drehmomentübertragung setzt ein, wenn die Kupplung per Hand oder mittels Vorrichtung manuell wieder eingerastet wird. Die freischaltende Sicherheitskupplung eignet sich für Anwendungen mit hohen Drehzahlen, je nach Baugröße bis zu 8000 min-1 und Applikationen mit großen Massenträgheitsmomenten.
Überlastschutz mit Niploy oder Edelstahl für spezielle Umgebungen
In Anwendungen wie der Pharmaindustrie, Petrochemie oder Verpackungsmaschinen in der Lebensmittelindustrie müssen auch die Kupplungen besonders korrosionsbeständig sein. Hierfür bietet Orbit Antriebstechnik Überlastkupplungen in zwei Optionen zur Auswahl.
Die Securmax Servo in Niploy Ausführung besitzt eine hochwertige Oberflächenbeschichtung in Form eines korrosions- und verschleißfesten einheitlichen Überzugs. Diese Beschichtung entsteht in einem chemischen Vernickelungsverfahren mit hohem Phosphor-Gehalt. Die Niploybeschichtung widersteht den meisten organischen und anorganischen Medien. Die Niploy Variante eignet sich für den Einsatz in der Pharmaindustrie oder Petrochemie.
Oldham Kupplung: Potenziale der bewährten Kupplungsart
In Verpackungsmaschinen und Abfüllanlagen in der Lebensmittelindustrie wird der Werkstoff Edelstahl meist vorgeschrieben oder bevorzugt. Die spielfreien Drehmomentbegrenzer in Inox Ausführung eignen sich zum Einbau in diese hygienisch anspruchsvollen und reinigungsintensiven Anlagen. Das Edelstahl Programm umfasst einstellbare Drehmomente bei diesen Sicherheitskupplungen zwischen 0,8 und 540 Nm.
Platzsparender Drehmomentbegrenzer mit kompakter Kugelmechanik
Der Drehmomentbegrenzer Securmax Economy wurde für Anwendungen entwickelt, die eine kompakte Bauweise einer Rutschnabe sowie eine lasttrennende Drehmomentbegrenzung erfordern. Die Drehmomentübertragung erfolgt in dieser Sicherheitskupplung formschlüssig über Kugeln, die mittels eingestellter Federkraft in Senkungen gedrückt sind.
Bei Überschreitung des Drehmoments rücken diese Sperrkörper gegen die Federkraft aus ihren Senkungen aus und unterbrechen so das Drehmoment. Dabei funktioniert die Securmax Economy auf Basis einer besonders kompakten Kugelmechanik. Das Übertragungselement in Form eines Kettenrades wird als Funktionsteil mitgenutzt und ist ein integraler Bestandteil vom Drehmomentbegrenzer.
Das Wiedereinrasten erfolgt synchron bei 360° im Standard. Für ein Abschalten des Antriebes im Überlastfall kann die Sicherheitskupplung mit einem Näherungsschalter oder Mikroschalter kombiniert werden. Es gibt sechs Ausführungen mit einstellbaren Überlastmomenten von 7,5 bis 1450 Nm. Neben der Version mit integriertem Kettenrad steht auch eine Version mit Flansch zur Verfügung.
Miniatur Rutschkupplung für Überlastschutz bis zur Spannungsregelung
Die „Securmax Mini“ ist als sogenannte Dauerrutschkupplung ausgelegt und ermöglicht im kontinuierlichen oder intermittierenden Betrieb eine Lebensdauer von über 30 Millionen Zyklen. Durch die Funktionsweise eignet sie sich für die Bahnspannungsregelung, das heißt zur Aufrechterhaltung konstanter Spannung beim Aufwickeln von Papier, Draht oder Folie, zur Drehmomentregelung beispielsweise bei Verschleiß Maschinen oder zum Überlastschutz für Personen und Geräte.
Es gibt die Antriebselemente als Rutschnabe zur Kombination mit Riemenscheibe oder Zahnrad abtriebseitig oder als Rutschkupplung zur Welle-Welle Verbindung. Beide Varianten sind sowohl mit voreingestelltem Drehmoment oder einstellbar lieferbar. Um dem Trend zur Miniaturisierung gerecht zu werden, beginnt das Programm mit Rutschkupplungen im Außendurchmesser von 19,05 mm und einem Drehmomentbereich kleiner als 1 Nm. Das Programm der Mini umfasst Bohrungsdurchmesser von 5 bis 32 mm für Drehmomente bis 17 Nm. Für Anwendungen mit zusätzlich auftretenden Axialkräften und für Vertikalanwendungen stehen zusätzlich Versionen dieser Miniatur Rutschkupplungen zur Verfügung.
Rutschnaben für Drehmomente bis 23.000 Nm
Für höhere Leistungsbereiche eignet sich die „Securmax Slip“ mit einstellbaren Rutschmomenten bis zu 23.000 Nm. Über Tellerfedern wird eine Vorspannkraft auf die Reibbeläge ausgeübt. Die Höhe dieser Federkraft und damit die Höhe des Drehmoments lässt sich mittels Einstellmutter oder bei größeren Modellen mittels Einstellschrauben innerhalb des jeweiligen Einstellbereiches stufenlos justieren. Die Rutschnaben sind kombinierbar mit Riemenscheiben, Zahnrädern oder Kettenrädern. Zusätzlich steht eine Variante für extra breite Übertragungselemente im Angebotsspektrum bereit.
Die kompakten Rutschkupplungen DF-GEC aus der Serie Securmax Slip übertragen das Drehmoment reibschlüssig. Wird das gesetzte Drehmoment überschritten, rutschen die Kupplungen durch und begrenzen damit das Drehmoment auf diesen eingestellten Wert.
Die Lamellenkupplung und ihre industriellen Anwendungen
Die Serie Securmax Slip bietet für Anwendungen mit einem zusätzlichen Wellen Verlagerungsausgleich kombinierte Rutschkupplungen mit Ausgleichskupplungen. Bei dieser Kombination kann der Anwender zwischen zwei Varianten wählen – mit Klauenkupplung oder mit einer besonders kompakt bauenden elastischen Kupplung vom Typ GEC. Hier bieten sie zusätzlich den Ausgleich von Wellenverlagerungen in Abhängigkeit von der Baugröße von radial bis zu 0,6 mm, angular bis zu 1° und axial bis zu 0,8 mm. Die Serie steht in neun Baugrößen für einen erweiterten Drehmomentbereich von 1 Nm bis 8000 Nm zur Verfügung.
Hauptanwendungsbereiche der Kupplungen und Rutschnaben sind unter anderem Transport- und Förderanlagen, Holzbearbeitungsmaschinen, Profilier- und Holzbearbeitungsmaschinen sowie der Automotivbereich.
Zusätzlich bietet das Programm Sicherheitskupplungen, die in Kombination mit einer spielfreien Ausgleichskupplung eine direkte Welle-Welle-Verbindung ermöglicht. Zur Auswahl stehen hierbei Versionen mit schwingungsdämpfender Elastomerkupplung oder optional mit torsionssteifer Lamellenkupplung.
Technisches Allgemeinwissen
Eine Rutschkupplung ist eine Sicherheitskupplung. Sie schützt den Menschen vor einer Verletzung und die Maschine vor einer Beschädigung. Die Rutschkupplung überträgt das Drehmoment reibschlüssig bzw. durch Kraftschluss, somit ist sie gleichzeitig eine Reibkupplung. Bei Erreichen eines eingestellten Drehmoments trennt oder verbindet die Rutschkupplung den Antriebsstrang selbsttätig. Einsatz finden Rutschkupplungen eher im kleinen Antrieb, Pumpe oder Generator bzw. überall dort, wo eine Welle bzw. Maschine oft startet und stoppt.
Jörg Melnicky ist verantwortlich für das Marketing bei der Orbit Antriebstechnik GmbH in Wölfenbüttel.