Technik, für die Standard nicht mehr reicht

Zuverlässige Highspeed-Kupplungen für Hochdrehzahl-Anwendungen

Moderne Prüfstände verlangen den Antriebssystemen Höchstleistungen ab. Kommt es bei den hohen Drehzahlen zu Kollisionen, können diese schwere Schäden verursachen. Deshalb reicht es nicht, die häufig teuren Prüflinge und sensiblen Messeinheiten mit Standard-Sicherheitskupplungen zu schützen. Mit den EAS®-HSE/HSC Highspeed-Kupplungen hat mayr® Antriebstechnik daher Produkte entwickelt, die speziell auf die hohen Anforderungen in der Prüfstandstechnik zugeschnitten sind. Sie bieten zuverlässigen Schutz, ohne dabei die Messsignale zu beeinflussen. Doch was macht diese Kupplungen so zuverlässig? Und warum profitieren Anwender von dieser Investition?

Leistungsprüfstände sind aus der modernen Produktion, zum Beispiel bei der Herstellung von verschiedenen Komponenten des Antriebsstrangs, nicht mehr wegzudenken. Mit diesen Bauteil- und Funktionsprüfständen lässt sich die ganze Bandbreite an Beanspruchungen für den Antriebsstrang und seine Komponenten praxisnah simulieren. Dementsprechend hoch sind die Anforderungen. „Hier kommen hochpräzise Systeme zum Einsatz, vom Antrieb über den Messflansch bis zur Welle“, erklärt Günter Hable, Konstrukteur bei mayr® Antriebstechnik. „Und auch die Sicherheitskupplung, die Prüflinge und Messeinheiten vor Schäden durch Überlast schützt, muss in ihrer Ausführung natürlich zu diesen Qualitäten passen.“ Ein Serienprüfstand für Getriebe beispielsweise benötigt ein konstantes Prüfergebnis in einem engen Fenster. Eine unpräzise Kupplung, die das Messsystem beeinflusst, macht die Bewertung im Prüffeld schwierig. Das Messergebnis wird verfälscht.

Hinzu kommt bei Highspeed-Anwendungen auch die Sicherheit von Menschen und Maschinen. So muss die Sicherheitskupplung zuverlässig zum richtigen Zeitpunkt auslösen, ansonsten können Kollisionen bei hohen Drehzahlen schwere Schäden verursachen. Diese Anwendungen lassen sich deshalb nicht mit beliebigen Standard-Kupplungen lösen, die nicht für Highspeed und die damit verbundenen Kräfte ausgelegt sind. Mit den spielfreien und drehsteifen EAS®-HSE/HSC Sicherheitskupplungen bietet mayr® Antriebstechnik deshalb Überlastschutz, der speziell auf die Bedürfnisse in Hochdrehzahl-Anwendungen zugeschnitten ist. Die Kupplungen überzeugen durch ihre hohe Qualität und bieten größtmögliche Sicherheit, ohne dabei die Messsignale zu beeinflussen. Verschiedene konstruktive Maßnahmen, bei denen das renommierte Familienunternehmen auf langjährige Erfahrung und umfassendes Know-how zurückgreifen kann, machen dies möglich.

Geringe Masse, hohe Steifigkeit

Übersteigt in einem Prüfstand das Drehmoment den an der Sicherheitskupplung eingestellten Grenzwert, rastet die Kupplung aus und trennt An- und Abtrieb innerhalb von Sekundenbruchteilen. Nach einem Überlastfall muss somit schlimmstenfalls die Messwelle neu kalibriert werden, einen teuren Schaden an Antriebstrang oder Prüfling hingegen verhindert die Sicherheitskupplung zuverlässig.

Die Highspeed-Sicherheitskupplungen EAS®-HSE/HSC übertragen das Drehmoment spielfrei und mit hoher Drehsteifigkeit. Sie sind kompakt, haben eine hohe Leistungsdichte und ein geringes Massenträgheitsmoment. „Dies erreichen wir durch einen kleinen Außendurchmesser bei einem verhältnismäßig großen Bohrungsdurchmesser“, erläutert Günter Hable. „Wir begrenzen also die Massenträgheit durch einen kleinen Radius.“ Und auch die Elemente, über die bei der EAS®-HSE Kupplung die Drehmomentübertragung erfolgt, sind speziell, passend zum jeweiligen Anwendungsfall, ausgewählt. „Dass Standardelemente für alle Anwendungen passen, kann nicht sein. Letztendlich gilt für die Auslegung: Bohrungsdurchmesser, Außendurchmesser und Elementegröße müssen harmonieren, um ein schwingungsarmes System zu erhalten, das im Auslösefall präzise funktioniert“, fasst Günter Hable zusammen.

Hohe Wuchtgüte für optimale Laufruhe

Eine weitere wichtige Grundvoraussetzung für den Einsatz einer Sicherheitskupplung in Highspeed-Anwendungen ist zudem die Fertigung aus speziellen Werkstoffen. „Bei Drehzahlen ab 10.000 min-1 können die Zentrifugalkräfte und die daraus resultierenden Spannungen in den Bauteilen kritische Werte erreichen. Deshalb setzen wir auf hochfeste Vergütungsstähle, so Günter Hable. Daneben ist bei Hochdrehzahl-Anwendungen eine hohe Wuchtgüte jeder Einzelkomponente unabdingbar, um in der Kombination der Bauteile eine optimale Laufruhe des Antriebsstrangs zu erreichen. Mit steigender Drehzahl verursacht Unwucht erhebliche Fliehkräfte und Schwingungen. Das belastet die gesamte Prüfstandkonstruktion, führt zu unruhigem Lauf und verfälscht die Prüfergebnisse der Messeinrichtungen.

Daher stand bei der Entwicklung der EAS®-HSE/HSC Kupplungen die Optimierung der Massenunwucht im Vordergrund. Alle Bauteile sind mit sehr hoher Genauigkeit und Rundlaufqualität präzise gefertigt. „Durch definierte Geometrien berücksichtigen wir in der Konstruktion Wuchtgüte und Laufqualität“, erklärt Günter Hable. „Wir stellen sicher, dass die vielen Einzelteile, aus denen die Sicherheitskupplungen bestehen, ihre Lage innerhalb der Kupplung, auch nach Überlast, nicht verändern.“ Zudem werden die Kupplungen in komplett montiertem Zustand auf die Wuchtgüte G 2,5 gewuchtet. Diese Wuchtgüte bleibt auch nach vielmaligem Ausrasten erhalten, ist also reproduzierbar. Dafür ist die Position für die synchrone Wiedereinrastung auf der Kupplung deutlich markiert.

Kein Verschleiß durch spielfreie Welle-Nabe-Verbindung

Damit die vollständig montierten, auf das erforderliche Drehmoment eingestellten und gewuchteten Sicherheitskupplungen die notwendige Wuchtgüte auch nach Integration in die jeweilige Prüfstandsanwendung gewährleisten, ist das Fügespiel zwischen der jeweiligen Kundenwelle und der Kupplungsbohrung minimiert. Die Kupplungsbohrungen sind standardmäßig in Qualität 6 ausgeführt und die reibschlüssige Welle-Nabe-Verbindung stellt zudem eine spielfreie Drehmomentübertragung sicher. Damit wird einerseits ein reproduzierbarer Kupplungsanbau ermöglicht. Andererseits reduziert das spezielle Spannsystem eben auch Schwingungen und vermeidet so Verschleiß. Und dies ist ein deutlicher Vorteil gegenüber Standardkupplungen: Denn eine Kupplung, die nicht für Highspeed-Anforderungen ausgelegt wurde und schnell verschleißt, löst dann schlimmstenfalls zum falschen Zeitpunkt aus oder kann gegebenenfalls auch die Motorlagerung schädigen.

Hochwertige Kupplungslagerung

Daneben setzt mayr® Antriebstechnik hochwertige Spindel-Doppellager ein. Diese Kupplungslagerung nimmt die externen Reaktionskräfte auf, die auf den Abtriebsflansch der Highspeed-Kupplungen wirken. Somit haben diese Kräfte keinen Einfluss auf den Auslösemechanismus und die präzise Drehmomentbegrenzung bleibt erhalten. „Unserer Erfahrung nach können Standardlager den Belastungen durch die sehr hohen Relativdrehzahlen und Beschleunigungen nicht standhalten“, erläutert Günter Hable. „Deshalb betrachten wir die Kupplungslagerung in Abhängigkeit vom jeweiligen Anwendungsfall. Sie ist so konzipiert, dass sie hohe Beschleunigungen aufnehmen kann.“ Diese entstehen zum Beispiel bei einer Blockierung des Antriebsstrangs, wenn die Sicherheitskupplung schlagartig ausrastet und die Antriebsseite der Kupplung gegenüber der Abtriebsseite extrem stark beschleunigt wird. „In den Lagern setzen wir zudem hochwertige Schmiermittel ein“, ergänzt Günter Hable. „Und unsere Highspeed-Elementekupplungen haben Abdichtungen, damit der Fettaustritt bei den hohen Drehzahlen verhindert wird.“

Sorgfältige Qualitätskontrolle

Im Bereich der Highspeed-Anwendungen ist also eine Vielzahl an konstruktiven Maßnahmen notwendig, um Sicherheitskupplungen für die hohen Anforderungen zu rüsten. Denn sie müssen im Überlastfall zuverlässigen Schutz bieten und dürfen gleichzeitig die Messsysteme nicht beeinflussen. Standardkupplungen bringen hier nicht alle Voraussetzungen mit. Vor Auslieferung testet mayr® Antriebstechnik alle Produkte ausführlich auf Prüfständen und stellt die Kupplungen exakt auf die in der jeweiligen Anwendung geforderten Werte ein. So wird zum Beispiel auch das Drehmoment nicht rechnerisch über Maße, sondern auf dem Torsionsprüfstand ermittelt.

Für ein exaktes Messergebnis

Neben Sicherheitskupplungen sind Wellenausgleichskupplungen ein entscheidendes Zubehörteil in Prüfständen. Denn sie minimieren die auf den Messflansch wirkenden Störgrößen. Diese Störgrößen oder sogenannte parasitäre Belastungen entstehen oftmals durch Ausrichtfehler im Antriebsstrang. So treten in fast allen Anwendungen Versätze zwischen An- und Abtriebsseite auf. Zusammen mit dem Messflansch kommen daher Wellenausgleichskupplungen zum Einsatz. Diese Kupplungen müssen, wie auch die Sicherheitskupplungen, in ihrer Ausführung zum hochpräzisen Gesamtsystem passen. Deshalb bietet mayr® Antriebstechnik auf Basis der bewährten spielfreien und drehsteifen ROBA®-DS Baureihe auch hier eine speziell für Messflansche angepasste Ausführung seiner Lamellenpaketkupplung, die ROBA®-DS 9110/9210.

„Wir haben eine Highspeed-Bauform entwickelt, die zum Beispiel mit ihren angepassten Übertragungselementen perfekt auf Messflansche zugeschnitten ist“, ergänzt Günter Hable. Diese Kupplungen übertragen das Drehmoment spielfrei und äußerst drehsteif und gleichen radialen, axialen und winkligen Wellenversatz aus. Sie sorgen damit nicht nur für präzise Messergebnisse, sondern schützen auch die im Wellenstrang verbauten Lager vor unerwünschten Belastungen und damit vor unnötigen Ausfallzeiten und Kosten. Neben ihrer hohen Laufruhe und der geringen Massenträgheit zeichnen sich die Kupplungen durch eine hohe Wuchtgüte aus und sind besonders robust und unempfindlich. Für die Kombination aus Wellenkupplung und drehmomentbegrenzender Sicherheitskupplung bietet mayr® Antriebstechnik Komplettlösungen aus einer Hand.

 

Mehr Informationen zu den EAS®-HSE/HSC Highspeed-Sicherheitskupplungen

Mehr Informationen zur Lamellenpaketkupplung ROBA®-DS 9110/9210

Simone Dauer

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