Bewährtes Prinzip kombiniert mit hoher Systemsteifigkeit
Sicherheitskupplung / Durchrastkupplung in Low-Cost Ausführung
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| Sicherheitskupplung der
Baureihe ESL für Drehmomente von 1 - 200 Nm und Wellendurchmesser von 6 mm bis 45 mm. Weitere Sicherheitskupplungen der Reihe SK und ES  |
Ein bewährtes Prinzip in eine Neu-Entwicklung einzubinden bedeutet eine hohe Sicherheit im Bezug auf die Zuverlässigkeit des Produktes. Dieses bewährte Prinzip kombiniert mit einer neuen Innovation nutzten die Konstrukteure von R+W Antriebselemente GmbH in Klingenberg für Ihre neue Entwicklung. So fließt in die zum Patent angemeldete Neukonstruktion die lange Erfahrung in der Montage und Konstruktion von Sicherheitskupplungen ebenso mit ein, wie auch ein seit Jahrzehnenten genutztes Kugel-Kugel-Rastverfahren. Neu ist die spezielle Anordnung der Kugeln, die zu einer Selbstzentrierung und hohen Steifigkeit des Systems führen. Resultierend daraus kann dem heutigen Maschinen- und Anlagenbau eine Sicherheitskupplung der Baureihe ESL als Low-Cost-Version präsentiert werden.
Aufbau und Funktion
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| Funktionsprinzip der Ausrast- und Wiedereinrastfunktion. |
Der Aufbau der Kupplung ESL stellt sich wie folgt dar. Über vorgespannte Tellerfedern wird auf zwei übereinander liegende Kugelreihen eine exakt definierte Kraft in axialer Richtung ausgeübt. Durch diesen im eingerasteten Zustand entstehenden Formschluss wird das Nenndrehmoment übertragen. Tritt in der Applikation eine Überlast aufgrund einer Störung oder beispielsweise eines überproportionalem Beschleunigungsmoments auf, so wird die anliegende axiale Federkraft überstiegen, welche die Kugelreihen ineinander presst. Dadurch werden die Kugeln, die im sogenannten Grundkörper sitzen, nach oben aus dem Zwischenraum der Kugeln der Kupplungsnabe gedrückt. Die Kupplung rastet durch. Dieser ausgerastete Zustand hält in der Überlastsituation an. Erst wenn das Drehmoment abfällt und somit die axiale Federkraft des vorgespannten Systems ausreichend groß ist, rastet die Kupplung automatisch wieder ein.
Lager zur Abstützung entfällt
Sicherheitskupplungen nach dem heutigem Stand der Technik benötigen ein Lager zwischen dem Kupplungskörper und dem fachspezifisch bezeichnetem Anbauflansch. Dieses Lager führt während des Ausrastvorganges das Sicherheitssegment, damit keine axialen Verschiebungen bzw. Bewegungen in der Kupplung selbst auftreten können. Durch das neu entwickelte und zum Patent angemeldete Funktionsprinzip entfällt dieses Lager. Indem die Teilkreise der Kugel einige Millimeter unterschiedlich gewählt wurden zentriert sich der Grundkörper zur Kupplungsnabe automatisch. Die Skizze zeigt die Verspannung bzw. Zentrierung der beiden Kugelreihen zueinander schematisch.
Ausrastdrehmoment fest eingestellt
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| Schematische Zeichnung des zum Patent angemeldeten Funktionsprinzips. |
Das Ausrastdrehmoment wird im Werk fest eingestellt. Eine Korrektur oder Veränderung des Wertes kann durch den Hersteller erfolgen. Demzufolge wird bei der Fertigung das explizite Ausrastdrehmoment kundenseitig benötigt. Ist dies genau definiert arbeitet die Kupplung durch das Design (Kugel auf Kugel) nahezu verschleißfrei und erreicht Ausrasttaktzahlen von mehr als 100.000. Somit bietet die Kupplung eine echte Alternative zu Reibschluß- oder Magnetkupplungen.
Torsionssteife oder schwingungsdämpfende Eigenschaften
In Anwendungen und Applikationen bei denen Schwingungen und Stöße auftreten können, hat die Sicherheitskupplung mit Elastomerkranz ihr Einsatzgebiet. Dämpfende Eigenschaften werden durch das Verbindungselement zwischen den beiden Naben erreicht. Dieser sogenannte Elastomerkranz wird in verschiedenen Shorehärten angeboten. Je nach Anforderung, wird bei geringen Schwingungen oder leichten Stößen ein Elastomerkranz mit geringen dämpfenden Eigenschaften (hohe Torsionssteife) und bei stark schwingenden Systemen oder großen Stößen ein Elastomerkranz mit hohem Dämpfungsgrad (niedrige Torsionssteife) eingesetzt. Eine gute Hystereseschleife und ein reduziertes Verschleißverhalten sind weitere Vorteile des Elastomerkranzes. Fluchtungsfehler bei lateralen, angularen und axialen Versätzen können ebenfalls mit der Sicherheitskupplung mit Elastomerkranz ausgeglichen werden. Aufgrund ihrer Bauform wirkt die Kupplung elektrisch Isolierend.
Die beschriebene Neu-Entwicklung der Sicherheitskupplung Baureihe ESL kann ebenfalls mit einem torsionssteifen Edelstahlmetallbalg kombiniert werden. Durch diesen wird die präzise Übertragung des Drehmoments garantiert und somit eine genaue Positionierung des Antriebsstrangs ermöglicht. Die Kupplung zeichnet sich durch eine hohe Verdrehsteife und den möglichen Ausgleich von axialen, lateralen und angularen Wellenverlagerungen aus. So nehmen Sicherheitskupplungen mit Metallbalg montagebedingte Fluchtungsfehler, Winkel- und Axialversätze innerhalb bestimmter Grenzen auf. Besondere Eigenschaften ist die geringe Restunwucht, die einfache Montage, der Ausgleich von Fluchtungsfehlern mit geringer Rückstellkraft, die geringe Kupplungserwärmung und die verdrehsteife Kraftübertragung.
Die nachfolgende Tabelle fasst alle technischen und spezifischen Eigenschaften der beiden möglichen Verbindungsvarianten zusammen.
Übersicht der spezifischen Eigenschaften von Metallbalg und Elastomerkranz |
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| Spezifische Eigenschaften | Metallbalg | Elastomerkranz |
| Präzise Übertragung | ++ | + |
| Hohe Verdrehsteife | ++ | + |
| Geringe Rückstellkräfte | ++ | - |
| Versatzausgleich | ++ | ++ |
| Schwingungsdämpfung | - | ++ |
| Stoßdämpfung | - | ++ |
| Steckbarkeit | ++ | ++ |
Wirtschaftliche Vorteile der Low-Cost Sicherheitskupplung
Die wirtschaftlichen Vorteile der Low-Cost Sicherheitskupplung der Baureihe ESL kommen durch Rationalisierungseffekte in der Fertigung zum Tragen. Das Entfallen von Härteprozessen am Grundkörper und Anbauflansch der Kupplung sowie die kürzeren Bearbeitungszeiten der einzelnen Bauteile haben den größten Anteil der Kostenreduzierung. Weiterhin werden die Sicherheitskupplungen der Baureihe ESL mittels Vorrichtungen kostengünstig und effektiv endmontiert. Somit können objektiv betrachtet, Kosten im zweistelligem Prozentsatz im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen eingespart und an den Kunden weitergeben werden.
Einfache Montage durch beigelegte Einbauanleitung
Die genaue Ausrichtung zweier Wellen hinsichtlich des Radial- und Winkelversatzes ist für die Lebensdauer und den Verschleiss von Wellenkupplungen von äusserster Wichtigkeit. Radialversatz hat gerade bei Applikationen mit hohen Drehzahlen direkten Einfluss auf die Laufruhe des gesamten Antriebsstranges. R+W legt deshalb bei allen ausgelieferten Produkten eine Einbau- und Montageanleitung für den Monteur vor Ort bei. In dieser Einbauanleitung sind neben allen relevanten technischen Daten der Kupplung ebenfalls Praxisbeispiele aufgezeigt wie effektiv und exakt die Wellen zueinander ausgerichtet werden können. Neben der neuentwickelten Sicherheitskupplung ESL ist eine auf das Produkt abgestimmte Einbauanleitung für allen Kupplungstypen bei Auslieferung anbei.
Anwendungsgebiete m allgemeinen Maschinenbau, der Automobil- und Chemieindustrie
Haupteinsatzgebiet der Sicherheitskupplung sind Serienanwendungen mit hohen Stückzahlen in der Automobilindustrie, dem allgemeinen Maschinenbau und der Chemieindustrie. Beispiele an dieser Stelle sind Schutzfunktionen bei Hebe- und Senk- sowie Öffnungs- und Schließmechanismen oder eine zuverlässige Trennung bei Fremdkörpereinwirkung oder Blockade.
Zusammenfassung
Die neue Baureihe der Sicherheitskupplung ESL ist für ein Ausrastdrehmoment von 1 Nm bis 200 Nm erhältlich, die Bohrungsdurchmesser können in einem Bereich von 6 mm bis 45 mm frei gewählt werden. Aufgrund der axialen Bewegung der Kupplung bei Drehmomentüberlast ist ein aktiver Reaktionsweg der Kupplung von max. 1 bis 2 Millimeter zu berücksichtigen. Durch ständige Neu- und Weiterentwicklung wird dem Kunden für viele Anforderungen im Maschinen- und Anlagenbau die perfekte Verbindung in Form einer spielfreien Kupplung geboten.
Autor: Tobias Wolf, Produkt Manager bei R+W Antriebselemente GmbH
in Klingenberg
Weiter zu den Eigenschaften der Sicherheitskupplung ESL oder zum Datenblatt der Sicherheits-Durchrastkupplung ESL
Sicherheitskupplungen sorgen für eine sichere und präzise Drehmomentbegrenzung in Maschinen und Anlagen
