Sicherheitskupplungen: Leistungsprüfstände zuverlässig schützen

Highspeed-Sicherheitskupplungen für Hochdrehzahl-Anwendungen


Eine hohe Leistungsdichte, schnelle Messwerterfassung oder mehr Energieeinsparpotenzial – die Anforderungen an moderne Prüfstände steigen permanent. Mit den immer komplexer werdenden Konzepten wachsen auch die Leistungsanforderungen an die Sicherheitskupplungen, die teure Prüflinge und sensible Messeinheiten vor Überlastschäden schützen. Mit den EAS®-HSC und EAS®-HSE Highspeed-Kupplungen hat mayr® Antriebstechnik daher Kupplungen entwickelt, die speziell auf die Bedürfnisse der Prüfstandstechnik zugeschnitten sind und auch bei sehr hohen Drehzahlen zuverlässig arbeiten.

Intensive Forschung und Entwicklung sowie die Erfüllung höchster Qualitätsansprüche sind heute unerlässliche Voraussetzungen in der modernen Produktion, zum Beispiel bei der Herstellung von verschiedenen Komponenten des Antriebsstrangs. Dabei gewinnen Bauteil- und Funktionsprüfstände, mit denen sich die ganze Bandbreite von Beanspruchungen für den Antriebsstrang und seine Komponenten praxisnah simulieren lässt, zunehmend an Bedeutung. Sie liefern schnell exakte Daten, bevor aufwändige Praxistests durchgeführt werden müssen und helfen so Kosten einzusparen sowie Entwicklungszeiten zu verkürzen. Dabei steigen die Anforderungen an die Leistungsprüfstände permanent: Die Verbesserung von Leistung und Wirkungsgrad, eine schnellere Messwerterfassung und -auswertung sowie die Einsparung von Energieressourcen und die Reduzierung von Umweltbelastungen stehen dabei im Fokus. Mit den immer komplexer werdenden Konzepten wachsen gleichzeitig auch die Ansprüche an die einzelnen Komponenten. In vielen Prüfstands-Anwendungen kommen drehmomentbegrenzende Sicherheitskupplungen zum Einsatz, die nicht nur die häufig teuren Prüflinge, sondern auch die sensiblen Messeinheiten vor Überlastschäden schützen. Diese Sicherheitskupplungen müssen den extremen Anforderungen der Prüfstandstechnik gerecht werden und auch bei sehr hohen Drehzahlen zuverlässig arbeiten. Mit den spielfreien und drehsteifen EAS®-HSC und EAS®-HSE Sicherheitskupplungen bietet mayr® Antriebstechnik deshalb Überlastschutz, der speziell auf die Bedürfnisse in Highspeed-Anwendungen zugeschnitten ist.

Hohe Wuchtgüte für optimale Laufruhe

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®-HSC und EAS®-HSE übertragen das Drehmoment spielfrei und mit hoher Drehsteifigkeit. Sie sind kompakt, haben eine hohe Leistungsdichte und ein geringes Massenträgheitsmoment. So wiegt zum Beispiel eine EAS®-HSE Kupplung mit einem Drehmoment von 1000 Nm deutlich unter 10 kg. Bei dem sehr geringen Außendurchmesser von 125 mm lässt sie einen verhältnismäßig großen Bohrungsdurchmesser von bis zu 60 mm für die Aufnahme der Welle zu. Eine weitere wichtige Grundvoraussetzung für den Einsatz einer Sicherheitskupplung in Highspeed-Anwendungen ist zudem eine hohe Wuchtgüte jeder Einzelkomponente, 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®-HSC und EAS®-HSE Kupplungen die Optimierung der Massenunwucht im Vordergrund. So stellen konstruktive Maßnahmen 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 eine Wuchtgüte G 2,5 bei einer Bezugsdrehzahl von 3.000 min-1 gewuchtet.

Hochwertige Kupplungslagerung

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.
Daneben nimmt eine hochwertige Kupplungslagerung 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. Darüber hinaus ist die Kupplungslagerung so konzipiert, dass sie extrem 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.

Kompakt und leistungsstark

Die EAS®-HSC überträgt im Normalbetrieb das Drehmoment über Kugeln, 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. Dadurch wird das Drehmoment bis zum voreingestellten Auslösewert 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 dabei keinerlei Raststöße, die sich negativ auf den Antriebsstrang, speziell auf die Drehmomentmesseinrichtung im Prüfstand, auswirken würden. Die Konstruktion der Drehmomentübertragungseinheit ist so gestaltet, dass das 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.

Highspeed – bis zu bis zu 20.000 min-1

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 Vorrichtung wieder eingerastet werden. Die Position für die synchrone Wiedereinrastung zur Erhaltung der Wuchtgüte ist auf der Kupplung deutlich markiert.
Die kompakten EAS®-HSC Kupplungen decken einen Drehmomentbereich von 5 bis 1000 Nm ab, die EAS®-HSE Kupplungen auf Basis einzelner Überlastelemente haben einen Drehmomentbereich von 100 bis 8.400 Nm. In der Standardausführung erreichen beide Kupplungen Drehzahlen bis 12.000 min-1, in Sonderausführung sind bei den EAS®-HSE Elementekupplungen sogar bis zu 20.000 min-1 zulässig.

Simone Dauer

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