Sicherheitskupplung Kupplung sichert Qualität in der Montage

Autor / Redakteur: Sina Odenwald / Stefanie Michel

Präzisionssicherheitskupplungen schützen Anlagen nicht nur vor Überlasten, sondern können auch der kostengünstige Schlüssel für eine stabile Produktion und steigende Qualität sein. Für einen Lüfterhersteller hat sich die individuelle Kupplungslösung schnell ausgezahlt.

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Wie die Qualität in der Montage mithilfe von Sicherheitskupplungen garantiert werden kann, zeigt das Beispiel eines Lüfterherstellers.
Wie die Qualität in der Montage mithilfe von Sicherheitskupplungen garantiert werden kann, zeigt das Beispiel eines Lüfterherstellers.
(Bild: R+W Antriebselemente)

Ein stabiler Durchlauf in der benötigten Taktung und die verlässliche Einhaltung der festgesetzten Qualitätsstandards sind zwei essenzielle Bausteine für eine erfolgreiche Produktion. Leidet ein Faktor, hat dies erhebliche Auswirkungen auf das Gesamtergebnis. Neben kurz- und mittelfristigen Produktionsausfällen durch Anlagenstörungen können ebenso Qualitätsmängel während der Montage zu wirtschaftlichen Schäden bis hin zum Imageverlust bei Einkäufern und Kunden führen.

Der Mensch in der Montage kann sowohl ein Qualitäts- als auch ein Unsicherheitsfaktor sein. Selbst im Zeitalter von fortgeschrittener Automation und Robotik ist die händische Montage in vielen Produktionsstraßen unerlässlich. Dabei kann jedoch nicht immer die exakt gleichbleibende Qualität bei der Ausführung gewährleistet werden, wie bei einer vollautomatisierten Anlage. „Mangelhafte Ware kann weitreichende Folgen für ein Unternehmen haben“, weiß Dirk Steimann, Vertriebsmitarbeiter bei R+W Antriebselemente in Klingenberg am Main. Steimann erinnert sich an die Problematik eines Herstellers von Lüftungen, den er bei der Entwicklung einer Lösung von Anfang an betreute. Immer wieder kam es bei den Lüftern zu kostenintensiven Garantiefällen und sogar erheblichen Regressansprüchen durch Ausfälle innerhalb der gesetzlichen Gewährleistungsfrist. Langfristig sorgte sich der Hersteller durch die Häufung der Reklamationen um die Positionierung seiner Marke, besonders bei den global agierenden Großkunden, die die Lüfter als Teilkomponente in ihren Produkten montiert hatten.

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Risikofaktor manuelle Montage: beschädigte Wälzlager

Eine erste Problemanalyse des Herstellers ergab, dass die Rillenkugellager innerhalb des Lüfters bereits während der Montage beschädigt und dadurch nicht genau eingepasst wurden. In der Folge „fraß“ der Lüfter das Lager, sodass die gesamte Lüftungsanlage zum Erliegen kam. Die Analysten konnten lokalisieren, wo die Beschädigung der Rillenkugellager entstand: im manuellen Einpressvorgang in die Lagersitze. Hierbei justierten die Produktionsmitarbeiter die Rillenkugellager mithilfe einer Handhebelpresse im Lüfterinneren – allerdings nicht immer mit der exakt notwendigen Kraft. Eine zu starke Krafteinwirkung an der Handhebelpresse führte zur Deformationen der Lagerkugeln an den Rillenlaufflächen und letztlich zum Defekt der gesamten Lüfterkomponente. „Weder die kurzfristige Prozessüberwachung an der rein mechanischen Handhebelpresse noch die Regulation des Vorgangs durch vollautomatische Servopressen war für den Hersteller möglich. Letzteres hätte den Produktionsstop der gesamten Lüfterlinie bedeutet – bei einer Just-in-Time-Produktion undenkbar“, erläutert Steimann.

https://www.rw-kupplungen.de/service/fachbuecher/

Lösung: Sicherheitskupplung reguliert Einpresskräfte

Die schnellste, praktikabelste und wirtschaftlichste Problemlösung war in diesem Fall die Integration von Sicherheitskupplungen. Diese sorgen für die präzise Regulierung der Einpresskräfte. „Zusammen mit dem Hersteller der Handhebelpressen haben wir von R+W eine individuelle Systemlösung entwickelt. Ein Teil davon war eine Rutschkupplung nach dem federvorgespannten Kugelrastprinzip. Diese ermöglichte ein weiteres querkraftfreies Schalten mit einem zusätzlichen Stützlager an der Handhebelpresse“, erklärt Dirk Steimann. Der Pressenhersteller modifizierte wiederum den Antrieb zwischen Zahnrad und Zahnstangentrieb an der Kurbel und schuf damit Platz für eine Sicherheitskupplung. Hier kam das R+W-Modell SLR zum Einsatz: eine Präzisionssicherheitskupplung mit Passfederverbindung, die kompakt baut und dennoch robust ist. Sie ist drehsteif und absolut spielfrei. Durch eine Passfeder ist sie axial und modular auswechselbar.

Der Austausch des Elements mit der Sicherheitskupplung ist besonders deshalb wichtig, da mehrere Lüftermodelle mit unterschiedlichen Kugellagern auf einer Linie verbaut werden und daher auch die maximale Verpresskraft variieren kann. Mittels Farbcodes stimmen die Monteure nun die jeweilige Sicherheitskupplung mit der geforderten Lüfterlinie ab. Weitere Einstellungen an der einfach axial montierbaren Sicherheitskupplung sind nicht mehr notwendig, denn das maximale Drehmoment ist für jeden Lüftertyp bereits exakt voreingestellt. Wird das Drehmoment durch eine zu große Krafteinwirkung überschritten, so begrenzt die Sicherheitskupplung dieses präzise. Eine Schädigung des Rillenkugellagers wie zuvor ist damit ausgeschlossen.

Einfaches Umrüsten, hohe Anlagenverfügbarkeit

Auf diese Weise konnte auch die Zeit, die nun für das Umrüsten benötigt wird, möglichst kurz gehalten werden – bei gleichzeitig hoher Prozesssicherheit für die Mitarbeiter. „Das schnelle und einfache, verwechslungsfreie Umrüsten zwischen unterschiedlichen Lüfterserien war besonders hinsichtlich der Produktivität für den Kunden absolut entscheidend. Denn die Aufträge eines just in time produzierenden Unternehmens müssen sehr kurzfristig bedient werden. Anderenfalls landet die Bestellung beim Wettbewerb“, weiß Dirk Steimann. Die verwendete Sicherheitskupplungsvariante der R+W-Baureihe SLR arbeitet nach dem ESL-Prinzip mit einem zusätzlichen Stützlager, das die Querkräfte aufnimmt. Auf diese Weise wird eine sehr hohe Schaltpräzision innerhalb von Millisekunden erreicht, die Fehler beim Einpressen eliminiert. Die Streuung der Auslösewerte liegt bei ungefähr 5 % des Solldrehmomentes, das als Ausrückmoment vorgegeben wurde.

Eine Unfallgefahr für den Bediener besteht beim Auslösen der Sicherheitskupplung nicht. Im Augenblick der Drehmomentbegrenzung rutscht die Kupplung über eine Kugelraste, initiiert durch die extreme axiale Tellerfeder-Vorspannung. Zwei Kugellochkreise werden in axialer Kraftrichtung wiederum permanent aufeinandergedrückt und sichern die Hebelstange dadurch gegen ein plötzliches Herabstürzen. „Zusätzlich ist das Auslösen der Kupplung durch ein Klacken für den Bediener hörbar, sodass er weiß, dass das Drehmoment für das exakte Einpressen erreicht wurde – eine weitere Unterstützung bei der Qualitätssicherung“, führt Dirk Steimann aus.

Mit Sicherheitskupplung zur höheren Anlagenverfügbarkeit

Kostengünstig, einfach einsetzbar und prozesssicher: Die Integration einer Sicherheitskupplung brachte für den Lüfterhersteller die entscheidende Wende innerhalb seiner Produktion, um schnell gleichbleibende Qualität zu liefern und das Vertrauen auf dem Markt wiederzugewinnen. Dabei zahlte sich die präzise Prozessanalyse der erfahrenen R+W-Konstrukteure bei der Entwicklung einer individuellen Kupplungslösung aus: „Sicherheitskupplungen sind oftmals das Zünglein an der Waage, um die Anlagenverfügbarkeit zu erhöhen, die Qualität zu verbessern und auch die Maschinen vor teuren Schäden und Ausfällen zu schützen. Oftmals amortisiert sich der Einsatz einer Präzisionssicherheitskupplung bereits ab dem ersten Störfall, wenn der Antriebsstrang einfach in Millisekunden getrennt wird, statt die Anlage zu beschädigen. Daher sind sie nicht nur für manuelle Montageprozesse interessant, sondern auch für die Teil- oder Vollautomation“, fasst Dirk Steimann zusammen.

R+W Antriebselemente auf der SPS IPC Drives 2018: Halle 4, Stand 390

* Sina Odenwald ist Marketing-Referentin bei der R+W Antriebselemente GmbH in 63911 Klingenberg am Main

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