Neue Einsatzgrenzen für Sicherheitskupplungen

Perfekte Sicherheitskupplungen für Prüfstände

Prüfstandsanwendungen stellen höchste Anforderungen an drehmomentbegrenzende Sicherheitskupplungen, die marktgängige Ausführungen schnell überfordern. mayr^® Antriebstechnik hat deshalb neue Sicherheitskupplungen entwickelt, welche den Anforderungen gerecht werden und für Drehzahlen bis 16.000 Umdrehungen pro Minute geeignet sind.

Als weltweiter Marktführer bietet mayr^® Antriebstechnik seit Jahrzehnten die breiteste Produktpalette an lasthaltenden, lasttrennenden, drehmoment- und kraftbegrenzenden, reibschlüssigen, formschlüssigen, magnetischen, regelbaren und schaltbaren Sicherheitskupplungen. Trotz dieses breiten Angebots verzeichnet das Unternehmen aus unterschiedlichen Branchen permanent Nachfrage nach neuen, anwendungsoptimierten Sicherheitskupplungen, da marktgängige Standardbaureihen die gestiegenen Anforderungen nicht optimal erfüllen können.

Die Prüfstandtechnik gehört zu diesen Einsatzfeldern. Drehmomentbegrenzende Sicherheitskupplungen müssen hier in erster Linie für extrem hohe Drehzahlen geeignet sein. Darüber hinaus müssen sie das Drehmoment spielfrei und drehsteif übertragen. Bei Betriebsstörungen muss ein sicherer Schutz der hochwertigen Ablagen gewährleistet sein. Bei hohen Drehzahlen sind nur restmomentfrei trennende (freischaltende) Sicherheitskupplungen sinnvoll einsetzbar, damit bei Überlast die gespeicherte Rotationsenergie in den abgekoppelten Massen frei auslaufen kann.

mayr^® Antriebstechnik hat mit den Baureihen EAS^®-HSC und EAS^®-HSE neue Sicherheitskupplungen entwickelt, die auf die extremen Anforderungen der Prüfstandtechnik zugeschnitten sind. Beide Baureihen basieren auf bewährten Konstruktionsprinzipien, welche sich seit Jahrzehnten bewähren.

Grundvoraussetzung für den Einsatz einer Sicherheitskupplung in High-Speed-Anwendungen ist unter anderem eine hohe Wuchtgüte jeder Einzelkomponente, um in der Kombination der Bauteile eine optimale Laufruhe des Antriebsstranges zu erreichen. Unwucht verursacht mit steigender Drehzahl erhebliche Fliehkräfte und Schwingungen. Das belastet die gesamte Prüfstandkonstruktion, führt zu unruhigem Lauf und verfälscht die Prüfergebnisse der Messeinrichtungen. Bei der Entwicklung der neuen High-Speed Kupplungen stand deshalb die Optimierung der Massenunwucht ganz oben im Pflichtenheft.

Im Vergleich zu marktgängigen Sicherheitskupplungen weisen die neuen Prüfstandkupplungen EAS^®-HSC und EAS^®-HSE zahlreiche technische Besonderheiten auf. Auffallend auf den ersten Blick ist die äußerst kompakte Konstruktion der Kupplungen. Eine hohe Leistungsdichte reduziert die rotierenden Massen und wirkt sich positiv auf Laufruhe und Maschinendynamik aus.

Sicherheitskupplungen bestehen aus vielen Einzelteilen, welche bei montierter Kupplung und auch nach Überlast ihre Lage innerhalb der Kupplung nicht verändern dürfen. Konstruktive Maßnahmen stellen dies sicher. Zudem wird die Kupplung in komplett montiertem Zustand auf eine Wuchtgüte G2,5, Bezugsdrehzahl 3000 U/min gewuchtet.

Damit die komplett montierte, auf Drehmoment eingestellte und gewuchtete Sicherheitskupplung die erforderliche Wuchtgüte auch nach Integration in die Kundenanlage bietet, ist das Fügespiel zwischen Kundenwelle und Kupplungsbohrung minimiert. Die Kupplungsbohrungen sind standardmäßig in Qualität 6 ausgeführt. Durch die reibschlüssige Welle-Nabe Verbindung ist zudem eine spielfreie Drehmomentübertragung garantiert.

Externe Reaktionskräfte, welche auf den Abtriebsflansch der High-speed Kupplungen wirken, werden durch eine hochwertige Kupplungslagerung aufgenommen und können sich somit nicht auf den Auslösemechanismus einwirken. Die präzise Drehmomentbegrenzung bleibt erhalten. Bei Blockierung des Antriebsstrangs rastet die Sicherheitskupplung schlagartig aus. Antrieb- zu Abtriebseite der EAS-High Speed wird extrem stark beschleunigt. Die hochwertige Kupplungslagerung ist konzipiert, diese Beschleunigungen aufzunehmen.

Auch nach einem Überlastfall darf sich die Position der einzelnen Bauteile zueinander nicht ändert. Rastet die Kupplung aus, verdrehen sich Antrieb zu Abtrieb zueinander. Es muss also sichergestellt werden, dass nach Wiedereinrastung die Ursprungsposition wieder gegeben ist. Die neuen Prüfstandkupplungen sind deshalb freischaltend mit synchroner Wiedereinrastung.
Im Normalbetrieb wird bei der EAS^®-HSC das Drehmoment von Kugeln übertragen, die gleichzeitig in Senkungen von Nabe und Abtriebsflansch eingreifen. Tellerfedern spannen die Kugeln über einen Ring vor. Die Höhe der Federkraft ist proportional zum übertragbaren Drehmoment. Dieses Prinzip bleibt auch bei Verschleiß der Senkungen spielfrei. mayr^® Antriebstechnik setzt in Sicherheitskupplungen Tellerfedern mit fallender Kennlinie ein. Hierdurch wird bis zum voreingestellten Auslösewert das Drehmoment drehsteif übertragen. Im Überlastfall reduziert sich die Vorspannkraft der Feder, die Kupplung löst sehr genau aus.

Nach dem Ausrasten sorgt ein spezieller Freischaltmechanismus dafür, dass die Kupplung in ausgerasteter Position bleibt. Der Antriebsstrang kann frei auslaufen. Während der Nachlaufzeit entstehen keinerlei Raststöße, welche sich negativ auf den Antriebsstrang, speziell auf die Drehmomentmesseinrichtung, auswirken würden. Die Konstruktion der Drehmomentübertragungseinheit ist so gestaltet, dass Wiedereinrasten nur an der Ausrastposition möglich ist. Die Einzelteile der Kupplung haben also im Betrieb immer die gleiche Winkelstellung zueinander, die Wuchtgüte bleibt erhalten. Der besondere Freischaltmechanismus ermöglicht ein einfaches, schnelles Wiedereinrasten ohne großen Kraftaufwand.

Bei der EAS^®-HSE übertragen einzelne Überlastelemente das Drehmoment formschlüssig. Bei Überlast rasten diese Überlastelemente aus und trennen An- und Abtrieb nahezu restmomentfrei mit hoher Abschalt- und Wiederholgenauigkeit. Die im System gespeicherte Bewegungsenergie der rotierenden Massen kann frei auslaufen. Die Elemente rasten nicht automatisch wieder ein. Sie bleiben getrennt, bis sie manuell oder über eine Vorrichtungen wieder eingerastet werden. Die Position für synchrone Wiedereinrastung zur Erhaltung der Wuchtgüte ist auf der Kupplung deutlich markiert.

Die neuen Prüfstandkupplungen werden in Flanschausführung zum Anbau kundenseitiger Elemente oder mit drehsteifer Eingelenk- oder Zweigelenk-Lamellenpaketkupplung geliefert. Zusätzlich zur klassischen Verbindung von 2 Wellen bietet mayr^® Adaptionsflansche für die direkte Einbindung von Standardmessflanschen an. Hierdurch sind äußerst kurz bauende Gesamtkonstruktionen möglich.

Die Baureihe EAS^®-HSC deckt mit 5 Baugrößen einen Nenndrehmomentbereich von 5 bis 1.000 Nm ab. Je nach Größe sind Drehzahlen von 6.000 bis 12.000 min-1 zulässig. In der Baureihe EAS^®-HSE wurden bisher 3 Größen für Drehmomente von 500 bis 5.700 Nm realisiert. Vier weitere Größen sind projektiert. Die gesamte Baureihe wird Drehmomente von 300 bis 25.000 Nm und Drehzahlen bis zu 16.000 min-1 abdecken.

Aufgrund ihrer Eigenschaften sind die neuen Sicherheitskupplungen EAS^®-HSC und EAS^®-HSE nicht nur für Prüfstände, sondern auch für alle anderen High-Speed-Antriebsachsen die perfekte Lösung.



Produktbilder

Bild 1
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Bei der Prüfstandkupplung EAS^®-HSE übertragen und begrenzen einzelne Überlastelemente das Drehmoment. Über die Anzahl der Elemente und die Schichtung der eingebauten Tellerfedern kann das Drehmoment sehr variabel gewählt werden.

Bild 3
Datei: F-4-19-Bild3.jpg
Freischaltende, spielfreie EAS^®-Sicherheitskupplung in Kombination mit einer spielfreien ROBA^®-DS Ganzstahl-Lamellenpaketkupplung, eingebaut in einem Prüfstand der ThyssenKrupp EGM, Langenhagen.

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