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Antriebskomponenten Kupplungen mit doppelter Sicherheit für dynamische Antriebe

| Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Reinhold Schäfer

Hohe Qualität, Produktivität, Wirtschaftlichkeit und Sicherheit sind Forderungen, die an heutige Fertigungsanlagen und deren Antriebe gestellt werden. Diese hochdynamischen Antriebspakete benötigen Kupplungen, die diesem hohen Anspruch gerecht werden. Gesucht wird die Servo-Sicherheitskupplung, die sowohl im Normalbetrieb als auch im Überlastbereich sicher ist.

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Bild 1: Diese Sicherheitskupplung einer Prüfanlage ist im Dauereinsatz. Bilder: Jakob
Bild 1: Diese Sicherheitskupplung einer Prüfanlage ist im Dauereinsatz. Bilder: Jakob
( Archiv: Vogel Business Media )

Alle Anlagen, alle Maschinen werden von Kräften bewegt. Aber nicht alle Kräfte fügen sich positiv in das Gesamtbild. Bestimmte Kräfte können zum Ausfall ganzer Anlagen führen. Bei Jakob Antriebstechnik hat man in der Praxis festgestellt, dass bei ausfallenden Maschinen zu 50% unzureichend fluchtende Wellen für den Schaden verantwortlich sind. Dabei entstehen Kräfte, die die Lager in Mitleidenschaft ziehen. Der Schaden kann bei einem axialen, radialen und angularen Versatz auftreten.

Der kritischste Versatz im Dauerbetrieb ist der Lateralversatz. Dieser Versatz kann durch Toleranzen der Anbauteile wie Zwischenflansch, Zentrierglocken oder Lagerbüchsen entstehen. Bei der Konstruktion muss daher berücksichtigt werden, dass sich selbst kleine laterale Versätze aufaddieren können.

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Genaue Wellenverbindung sorgt für Ausfallsicherheit

Je genauer, je präziser, je exakter eine Anlage arbeiten soll, umso sorgfältiger ist das Augenmerk dabei auf den Bereich der Wellenverbindungen, auf die Kupplungen zu legen (Bild 1). In diesem Bereich sieht sich Jakob Antriebstechnik als ein führender Hersteller von Ausgleichs- und Sicherheitskupplungen seit mehr als 35 Jahren sowohl als Pionier als auch als Trendsetter. Mit einem Programm an Servokupplungen sowie Servo-Sicherheitskupplungen will das Unternehmen den Drehmomentbereich von 0,4 bis 38 000 Nm abdecken, und das von extrem kurzen und kompakten Kupplungen bis zu Längen von 6 m als Distanzkupplungen ohne Zwischenlagerung.

Die Metallbalgkupplung (Bild 2) nimmt den gefährlichen axialen, radialen und angularen Versatz bei gleichzeitig geringen Rückstellkräften auf. Mit belastbaren, aber gleichzeitig flexiblen Edelstahlbälgen arbeiten die Standard-Kupplungen nach Angaben des Unternehmens bis zu einem lateralen Versatz von 0,3 mm absolut zuverlässig und dauerfest. Mit Sonderversionen, zum Beispiel größere Wellenzahl oder größere Baulänge, seien zum Teil noch erheblich höhere zulässige Lateralversätze realisierbar.

Die Elastomerkupplungen von Jakob wurden für den Einsatz in hochdynamischen Servoachsen entwickelt. Der Elastomerstern besteht aus Polyurethan mit hoher Härte. Er ist wegen seiner federelastischen Eigenschaften in der Lage, Achsversatz, Schwingungen und Stöße zu kompensieren. Das gute Dämpfungsverhalten kann sich bei Betrieb in Anlagen mit häufiger Stoß-, Wechsel- oder Schwingungsbelastung positiv auf die Lebensdauer der verbundenen Aggregate auswirken.

Balg- oder Elastomerkupplung verhindern als Sicherheitskupplungen Störfälle (Bild 3). Außer den dauernd wirkenden Kräften können einmalige zerstörerische Kräfte, ausgelöst durch fehlerhafte Bedienung oder besondere äußere Einwirkungen, ganze Fertigungsanlagen schlagartig für längere Zeit stilllegen. Auch kleine, kompakte Motoren können aufgrund ihrer hohen Drehzahl bei einer Kollision Kräfte entwickeln, die große Schäden verursachen.

Ausrückmechanik erweitert Standardkupplungen

Eine Ausrückmechanik (Bild 4), geeignet zur Integration in die verschiedenen Servokupplungen, erweitert diese „Standardkupplungen“ zu Sicherheitskupplungen. Diese Sicherheitskupplungen sollen in Störfällen als Drehmomentbegrenzer und Überlastschutz zuverlässig kostspielige Maschinenschäden, Reparaturen und Ausfallzeiten verhindern.

Um bei den spielfreien Sicherheitskupplungen zusätzlich eine dämpfende Eigenschaft zu erreichen, bietet Jakob die Reihe SKB-EK an. Die Kupplungen zeichnen sich nach Angaben des Unternehmens durch die präzise und dennoch kostengünstige Produktion aus. Eine leichte, axiale Steckbarkeit der Kupplung sei gewährleistet. Durch die Ausrückmechanik als separates, aber für verschiedene Kupplungsarten integrierfähiges Teil, können bei kritischen Auslegungssituationen in einer ersten Phase verschiedene Kupplungen probeweise getestet werden (bei kritischen Drehzahlen im Bereich der Distanzkupplungen), ohne dass jeweils eine neue Kupplung angefertigt werden muss.

Bei der neuen Generation der Jakob-Sicherheitskupplungen wurde nun die Ausrückmechanik weiter verbessert und leistungsstärker gemacht. Des Weiteren soll die Verringerung der Massenträgheitsmomente und des Gewichts positiv zu Buche schlagen. Damit soll es möglich sein, das Leistungspotenzial moderner Antriebe wesentlich effektiver zu nutzen. Der erheblich erhöhte Anwendernutzen bei den „Neuen“ besteht aus dem Zusammenspiel verschiedener Details wie:

  • höhere Ausrückmomente, kompaktere Konstruktion,
  • vereinfachte Montage durch Klemmringnabe,
  • bessere Rundlaufgenauigkeit, höhere Lagerbelastung,
  • größere Wellen- und Bohrungsdurchmesser,
  • einfachere Einstellung (Skalierung des Einstellrings).

Ist die Ausfallursache behoben, kann die Anlage wie vorher gestartet werden. Dabei rückt die Kupplung bei Betrieb mit geringer Drehzahl automatisch wieder in die Synchronlage ein und ist funktionsbereit. Dadurch reduziert sich der Einstellaufwand einer eventuellen Referenzanlage laut Jakob erheblich. Sicherheitskupplungen sind sozusagen die Lebensversicherung für die Maschine, egal ob die Störung durch unkorrekte Bedienung, einen Programmierfehler, Materialüberlastung oder Werkzeugbruch verursacht wurde. Mit den beschriebenen Sicherheits- und Qualitätssteigerungen wird nicht nur eine genaue Drehmomentbegrenzung erreicht, sondern auch Belastungen der Lager oder die Drehschwingungen werden wesentlich verkleinert.

Beratung bei Kupplungswahl bleibt unerlässlich

Dass trotzdem manchmal auf solche Kupplungen verzichtet wird, ist letztlich etwas unverständlich. Spätestens aber nach dem ersten Crash sind Skeptiker davon überzeugt, dass Sicherheitskupplungen sich letztendlich rechnen. Besonders wichtig ist dabei, dass sich dies schon in der Planungsphase der Anlagen erkannt wird. Dabei können sich dem Konstrukteur schnell viele Fragen stellen. Dem Einsatz einer Servokupplung beziehungsweise Servo-Sicherheitskupplung geht ein Fragenkatalog voraus, der richtig beantwortet, ein umfangreiches technisches Know-how im Antriebsbereich voraussetzt. Daher sind einem möglichen Kauf einer Kupplung über das Internet schnell Grenzen gesetzt. Eine gute Beratung durch einen erfahrenen Hersteller bleibt unerlässlich.

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