Überlastschutz bei Maschinen und Anlagen

Fehlbedienung, Soft- und Hardwarefehler in der Steuerung und äußere mechanische Einflüsse sind in Maschinen und Anlagen die häufigsten Ursachen für Kollisionen. Teure Schäden und Produktionsstillstand sind die Folgen. Mechanische Sicherheitskupplungen bieten in den allermeisten Fällen zuverlässigen Schutz vor solchen Überlastschäden. Voraussetzung ist aber, dass die Kupplung auch zu den Anforderungen der jeweiligen Anwendung passt. mayr Antriebstechnik entwickelt und fertigt seit 50 Jahren solche Schutzelemente und eine breite Produktpalette. Sicherheitskupplungen sorgen durch exakte Drehmomentbegrenzung dafür, dass die Belastung von Bauteilen in Maschinen und Anlagen nicht über die zulässigen Werte ansteigt. Aufgrund dieses Vorteils sind zahlreiche Forderungen an moderne Maschinenkonstruktionen ohne Risiko realisierbar. Die konstruktiven Sicherheitsfaktoren können reduziert werden. Dadurch entstehen optimal dimensionierte Maschinen mit geringen Massenträgheitsmomenten. Solche Maschinen benötigen in der Folge auch kleinere Antriebsmotoren und Getriebe. Der Einsatz von Sicherheitskupplungen rechnet sich also schon für den Maschinenbauer durch Material- und Kosteneinsparungen bei der Maschinenauslegung. Den größten Nutzen bieten Sicherheitskupplungen für den Produktionsbetrieb. Anwender von CNC-Maschinen haben bestätigt, dass selbst bei erfahrenem Bedienpersonal im Jahr durchschnittlich etwa zwei Kollisionen pro Maschine nicht ungewöhnlich sind. Sie entstehen durch Fehlbedienung, Software- und Hardwarefehler in der Steuerung und äußere mechanische Einflüsse. Die Folgen sind hohe Reparatur- und Ersatzteilkosten, Stillstandszeiten, Produktionsausfall, Umsatzeinbußen und Imageverlust durch Lieferverzug. Mechanische Sicherheitskupplungen bieten in den allermeisten Fällen zuverlässigen Schutz vor solchen Überlastschäden. Voraussetzung ist aber, dass die Kupplung auch optimal zu den Anforderungen der jeweiligen Anwendung passt. Dazu bedarf es einer umfangreichen Palette an lasthaltenden, lasttrennenden, drehmoment- und kraftbegrenzenden, reibschlüssigen, formschlüssigen, magnetischen, regelbaren und schaltbaren Kupplungen. Lasthaltende Kupplungen begrenzen das Drehmoment auf einen vorgegebenen Wert entweder durch Relativbewegung zwischen An- und Abtrieb (Schlupf) oder durch Abschalten des Antriebs, wenn das eingestellte Grenzdrehmoment überschritten wird. Grundsätzlich gilt bei lasthaltenden Sicherheitskupplungen, dass die Drehmomentübertragung bei Überlast nicht unterbrochen wird. Wichtig ist dieses Verhalten beispielsweise bei vertikal oder schräg bewegten Massen, die auch bei Überlast sicher gehalten werden müssen und nicht unkontrolliert abstürzen dürfen. Klassische Vertreter dieser Kategorie sind Rutschnaben. Sie übertragen das Drehmoment durch Reibschluss. Formschlüssigen, lasthaltende Kupplungen begrenzen das Drehmoment nicht rein mechanisch. Sie betätigen bei Überlast lediglich einen Endschalter, dessen Signal zum Abschalten des Antriebs verwendet werden kann. An- und Abtrieb bleiben schlupffrei, durchschlagsicher und formschlüssig verbunden. Die dritte Kategorie der lasthaltenden mayr-Kupplungen übertragen das Drehmoment berührungslos und verschleißfrei über Magnetkräfte. Diese Sicherheitskupplungen bestechen durch sehr hohe Einstellgenauigkeit und Drehmomentkonstanz. Lasttrennende Sicherheitskupplungen unterbrechen bei Überlast oder Kollision die Drehmoment- beziehungsweise Kraftübertragung. Freischaltende Ausführungen trennen dabei vollständig und nahezu restmomentfrei. Sie bleiben solange in dieser getrennten Position, bis sie von Hand oder über Vorrichtungen wieder eingerastet werden. Freischaltende Sicherheitskupplungen werden bevorzugt in schnelllaufenden Antrieben oder in Antrieben mit großen Massenträgheitsmomenten eingesetzt, damit die gespeicherte Rotationsenergie bei einer Kollision frei auslaufen kann. Freischaltende Überlastelemente, die bei linearen Bewegungen eingesetzt werden, begrenzen die auftretenden Zug- und Druckkräfte, beispielsweise in kurvengesteuerten Vorschubantrieben oder in Kurbeltrieben. Auch rastende Sicherheitskupplungen trennen An- und Abtrieb bei Überlast. Im Gegensatz zu freischaltenden Versionen sind sie nach Beseitigung der Betriebsstörung sofort wieder betriebsbereit. Sie rasten automatisch wieder ein, entweder alle 15° bei den Durchrastkupplungen oder nach einer vollen Umdrehung bei den Synchronkupplungen. Für den Einsatz in der Lebensmittelindustrie, der Verfahrenstechnik und anderen Bereichen mit kritischen Umgebungsbedingungen werden Sicherheitskupplungen auch aus rostfreiem Stahl gefertigt -  entweder als offene Version oder mit Abdichtung. In der Umwelttechnik bewähren sich Sicherheitskupplungen in geschlossenen und abgedichteten Gehäusen. Diese Gehäuse bauen sehr kurz und haben genormte IEC/NEMA-Anschlussmaße zur einfachen Montage zwischen Motor und Getriebe. Bei den meisten lasthaltenden und lasttrennenden Sicherheitskupplungen wird das gewünschte Grenzdrehmoment für Überlast über Feder- oder Magnetkräfte fest eingestellt. Das Drehmoment ist also im Stillstand veränderbar, während des Betriebs aber bleibt es konstant. Im Gegensatz dazu kann bei pneumatisch beziehungsweise elektrisch schalt- und regelbaren Sicherheitskupplungen das Drehmoment auch im Betrieb über die Stromstärke beziehungsweise den Luftdruck verändert und dem Fertigungsprozess  kontinuierlich angepasst werden. Diese Kupplungen, die sich bei kleinen Drehzahlen auch zum Zuschalten von Anlagenteilen eignen, wurden speziell konzipiert für automatisierte Maschinen mit wechselnden Betriebszuständen oder wechselnden Taktfolgen beziehungsweise Taktgeschwindigkeiten. mayr Antriebstechik bietet als einer der weltweiten Marktführer Sicherheitskupplungen für alle Anwendungsbereiche in einem Drehmomentbereich von 0,1 bis 540.000 Nm. Unterschiedliche Bauformen sorgen dafür, dass für jede Antriebskonstellation eine passende Kupplungsvariante zur Verfügung steht. Sogenannte Flanschausführungen gibt es beispielsweise mit einfacher oder doppelter Lagerung für das Antriebselement oder als Ausführungen mit besonders langer Nabe zur Aufnahme zusätzlicher Lagerungen und sehr breiter Antriebselemente. Diese Kupplungsbauformen werden direkt mit dem Antriebselement verschraubt und auf einer Welle montiert. Eine andere große Gruppe bilden die Zwei-Wellen-Ausführungen. Dabei wird die Sicherheitskupplung mit einer drehsteifen beziehungsweise elastischen Wellenkupplung kombiniert. Diese Bauformen verbinden zwei Wellen und gleichen radialen, axialen und winkligen Wellenversatz aus. Jede Bauform steht in mehreren Größen zur Verfügung.