Sicherheitskupplung schützt Vorschubantrieb einer Stufenpresse

Vor dem Schaden klug

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Um eine möglichst hohe Betriebssicherheit zu gewährleisten, wurde in den Vorschubantrieb einer Stufenpresse eine Sicherheitskupplungen integriert. Sie begrenzt das Drehmoment und schützt den Antrieb vor Überlastschäden. Eine direkte Absicherung der linearen Vorschubbewegungen über kraftbegrenzende Elemente war aus Platzgründen nicht möglich.

In einer Stufenpresse werden im Taktverfahren Werkstücke Schritt für Schritt in die endgültige gewünschte Form gebracht. Ein speziell für diese Presse konstruierter Vorschubantrieb transportiert die Werkstücke weiter. Das im Vorschubantrieb eingesetzte Pendelhubgetriebe führt 50 Doppelhübe in der Minute aus. Um die Antriebseinheit bei Kollisionen oder Betriebsstörungen vor Überlastschäden zu schützen, plante der Pressenbetreiber zunächst, die linearen Vorschubbewegungen mit zwei parallel angeordneten „EAS-axial“ Überlastelementen von Mayr Antriebstechnik abzusichern. Diese Elemente begrenzen Kräfte in Zug- und Druckrichtung auf den eingestellten Wert und lassen sich in der Regel sehr nahe an der potentiellen Kollisionsstelle implementieren. Allerdings war es bei dieser Applikation mit vertretbarem Aufwand nicht möglich, die kraftbegrenzenden Schutzelemente zu integrieren. Der Platz reichte dafür nicht aus. Aufgrund der Einbaubeschränkungen wurde stattdessen an der Ausgangswelle des Hubgetriebes eine „EAS-compact“ Synchronkupplung platziert. So konnte der Vorschubantrieb zuverlässig gegen Überlastschäden abgesichert und eine hohe Betriebssicherheit der Anlage gewährleistet werden.

Grundsätzliche Eigenschaften
Damit eine Sicherheitskupplung optimalen Schutz bieten kann, muss sie einige grundsätzliche Eigenschaften haben. Zu den wichtigsten Kriterien zählt die Spielfreiheit. Verdrehspiel führt vor allem in dynamischen und reversierenden Antrieben zu Verschleiß und in Folge davon unter Umständen sogar zum Ausfall der Kupplung.
Die Sicherheitskupplungen der Baureihen „EAS-NC“, „EAS-compact“ und „EAS-smartic“ arbeiten über die gesamte Lebensdauer absolut spielfrei und eignen sich deshalb auch für anspruchsvolle und hochdynamische Antriebskonzepte. Basis für die Zuverlässigkeit ist die genial einfache Funktionseinheit Drehmomentübertragung und -begrenzung. Ein über Tellerfedern vorgespannter Ring drückt Kugeln gleichzeitig in Senkungen der angetriebenen Kupplungsnabe und Senkungen des abtriebsseitigen Bauteils. Selbst bei Verschleiß der Senkungen bleibt dieses System spielfrei, weil die Kugeln nachgedrückt werden und so den Verschleiß ausgleichen. Einige Systeme anderer Hersteller verlieren bei längerer Einsatzdauer durch Verschleiß ihre Spielfreiheit. Außerdem gibt es noch eine große Anzahl von Anbietern, die auch heute noch mit spielbehafteten Übertragungssystemen arbeiten.
EAS-compact-Sicherheitskupplungen können sehr einfach stufenlos auf das gewünschte Grenzdrehmoment eingestellt werden. Eine leicht ablesbare Skalierung auf der Einstellmutter zeigt an, auf wieviel Prozent des Maximalmomentes die Kupplung eingestellt ist. Bei Überschreiten dieses Momentes durch Überlastung oder Kollision rastet die Kupplung aus und trennt An- und Abtrieb in wenigen Millisekunden. Die Ausrastzeit ist abhängig von der Steifigkeit der Achse sowie der Härte und Geschwindigkeit der Kolli- sion. Über einen angebauten Endschalter lassen sich die Ausrastbewegung abgreifen und der Antrieb abschalten. Nach Beseitigung der Störung rastet die Kupplung selbstständig wieder ein und ist sofort wieder betriebsbereit.
Tellerfedern mit fallender Kennlinie
Das Drehmomentverhalten bei Überlast ist neben der Spielfreiheit ein weiteres äußerst wichtiges Qualitätskriterium bei Sicherheitskupplungen. Beim Ausrasten der Kupplung wandern die Sperrkörper (Kugeln, Rollen) aus Ihren Senkungen. Die eingebauten Tellerfedern werden dadurch weiter vorgespannt. Damit in dieser kritischen Phase das Drehmoment durch die zusätzliche Federvorspannung nicht ansteigt, sondern sofort abfällt, arbeiten moderne Sicherheitskupplungen wie die EAS-compact heute überwiegend mit Tellerfedern mit fallender Kennlinie. Die Federkraft und damit auch das übertragbare Drehmoment nehmen mit zunehmendem Vorspannweg ab.
Drehmomentbegrenzende EAS-Sicherheitskupplungen werden im Werk exakt auf Drehmoment eingestellt und geprüft. Im Zuge der Zertifizierung des Unternehmens nach DIN ISO 9001 und dem damit verbundenen Streben nach bestmöglicher Qualitätssicherung wurden die nötigen Einrichtungen installiert, um die Messdaten elektronisch zu erfassen, dauerhaft zu speichern und zu dokumentieren. Die komplette Einstellung, Prüfung und Dokumentation läuft unter anderem auf einem selbst entwickelten und gebauten Montage-Prüfstand ab.
Kupplungserkennung auch nach Jahren
Mit der Eingabe der Seriennummer werden Kupplung und Messdaten einander eindeutig zugeordnet und protokolliert. So kann auch noch nach Jahren für jede einzelne Kupplung nachvollzogen werden, wann sie mit welcher Auftragsnummer und mit welcher Drehmomenteinstellung geliefert wurde. Auf Wunsch erstellt das System ein Prüfprotokoll und gibt es als Word-Dokument aus. Es kann aufgrund der dauerhaften Speicherung der Prüfdaten natürlich auch noch nach Jahren abgerufen werden, beispielsweise zur Klärung eventuell auftretender Fragen.
Mayr Antriebstechnik entwickelt und fertigt seit 50 Jahren mechanische Sicherheitskupplungen und ist weltweit führend in diesem Produktbereich. Das Unternehmen bietet eine sehr breite Produktpalette an lasthaltenden, lasttrennenden, drehmoment- und kraftbegrenzenden, reibschlüssigen, formschlüssigen, magnetischen, regelbaren und schaltbaren Sicherheitskupplungen.
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