Konstruktionsbauteile Überlastkupplungen: Verschleißfrei und flexibel einstellbar

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Sicherheitskupplungen verhindern Maschinenschäden, die durch Überlast entstehen können. Das funktioniert aber nur, wenn sie exakt an die Anwendung angepasst werden. Die Überlastkupplungen von KBK Antriebstechnik erlauben die präzise Einstellung des Auslösemoments und bieten zudem eine große Variantenvielfalt.

Durch die große Auswahl an unterschiedlichen Ausführungen kann KBK für nahezu jede Anwendung die passende Sicherheitskupplung fertigen. Der Grund für diese enorme Flexibilität ist das Baukastensystem von KBK: Es ermöglicht die Produktion individueller Lösungen, die auf Standard-Komponenten basieren. So kann KBK mit relativ geringem Aufwand und zu günstigen Preisen maßgeschneiderte Kupplungen herstellen.

Überlastkupplungen im Einsatz

Sicherheitskupplungen von KBK kommen in Anwendungen zum Einsatz, in denen eine hohe Produktivität gefragt ist oder Bauteile bzw. Mitarbeiter besonders geschützt werden müssen – zum Beispiel in Motor-Prüfständen, Automatisierungsanlagen, automatischen Schubladensystemen, Werkzeugmaschinen oder medizintechnischen Geräten. Dort haben die Überlastkupplungen die Aufgabe, Antriebs- und Abtriebsstrang mechanisch voneinander zu entkoppeln, sobald das an der Kupplung eingestellte Drehmoment überschritten wird. 

So werden Überlasten und die daraus entstehenden Schäden am Antrieb vermieden oder deutlich verringert. Je präziser das sogenannte Überlastmoment für eine Anwendung definiert wird, desto besser schützt die Überlastkupplung den Antrieb. Darüber hinaus erlaubt die exakte Drehmomentbegrenzung dem Maschinenbauer die optimale Ausnutzung der Maschinenleistung, da sich die Kupplung so einstellen lässt, dass sie erst kurz vor dem Auftreten eines unzulässig hohen Drehmomentes auslöst.

Überlastmoment präzise einstellbar

Die Antriebstechnik-Spezialisten von KBK verwenden für ihre Sicherheitskupplungen Tellerfedern mit degressiver Kennlinie und Kugeln als Sperr-Element. Diese Konstruktion ermöglicht eine präzise Einstellung des Überlastmoments und bewirkt eine Unterbrechung der Drehmomentübertragung innerhalb von Millisekunden nach dem Auftreten der Überlast. Tellerfedern mit degressiver Kennlinie erzeugen darüber hinaus beim Ausrasten der Kupplung eine sehr geringe Restreibung, sodass der Verschleiß der Bauteile gering ausfällt. Die Sicherheitskupplungen von KBK bieten Maschinenbauern aber noch einen weiteren Vorteil: Weil sie aufgrund ihrer präzisen Justierung das Auftreten von Überlasten zuverlässig begrenzen, können die sonst üblichen konstruktiven Sicherheitsvorkehrungen reduziert werden. So sparen Maschinenbauer Material und Kosten.

Spielfreie Übertragung des Drehmoments

Kupplungen von KBK sind nach dem Kugel-Rast-Prinzip konstruiert, das eine spielfreie und wiederholgenaue Übertragung des Drehmoments erlaubt. Die Kupplungen enthalten im Anbauflansch unter anderem halbkugelförmige Ausbuchtungen, sogenannte Kalotten. In diesen Kalotten befinden sich Kugeln, die im Falle einer Überlast aus den Ausbuchtungen herausgedrückt werden. An- und Antriebsstrang werden so voneinander getrennt und die Übertragung des Drehmoments wird unterbrochen.

Das Überlastmoment wird für jede Anwendung individuell eingestellt. „Dazu definieren wir gemeinsam mit dem Kunden zunächst einen Überlastbereich. Nach der Größe dieses Bereichs richtet sich die Anzahl der Tellerfedern, die wir in der Kupplung einsetzen“, so KBK-Geschäftsführer Sven Karpstein. „Im Anschluss markieren wir in diesem Bereich ein Minimum und ein Maximum und stellen es ein. Danach folgt die genaue Einstellung des vom Kunden gewünschten Überlastmoments.“ Dessen Feinjustierung wird über die Vorspannung der Tellerfedern vorgenommen, die sich an der Einstellmutter der Kupplung verändern lässt.

Vier Schaltarten bei Überlastkupplungen

KBK hat vier verschiedene Ausführungen von Sicherheitskupplungen in verschiedenen Größen im Programm – jeweils zwei Kupplungstypen für direkte und zwei für indirekte Antriebe. Das Unternehmen kann auch Miniatur-Überlastkupplungen fertigen – das kleinstmögliche Überlastmoment beträgt gerade einmal 0,1 Nm. Rekordverdächtig sind auch die Überlastkupplungen in Halbschalen-Bauweise von KBK, denn diese Bauart fertigt weltweit kein zweiter Antriebstechnik-Hersteller. Die Ausführung in Halbschalen ermöglicht es, die Maschinenwellen vor der Installation der Kupplung optimal auszurichten und Fluchtungsfehler auszuschließen. Jede der vier Ausführungen von Sicherheitskupplungen ist wiederum in vier Schaltarten erhältlich, die jeweils ganz spezifische Eigenschaften besitzen.

Die Synchronschaltung und die Durchrastschaltung rasten nach Beseitigung der Störung automatisch wieder ein, sodass die Maschinen-Stillstandzeit auf ein Minimum begrenzt ist. Allerdings verschleißen diese Kupplungen schneller als die sogenannten freischaltenden Sicherheitskupplungen. Das hängt damit zusammen, dass die Kugeln der synchronschaltenden 1x pro Umdrehung und die der durchrastenden Kupplungen mehrmals pro Umdrehung versuchen, wieder am Rastpunkt einzurasten. Ist die Störung noch nicht beseitigt, springen die Kugeln immer wieder über den Rastpunkt und es kommt zu einer Reibung.

Antriebsstrang nur wenig belastet

Langsamer verschleißen freischaltende Überlastkupplungen, denn hier werden An- und Abtriebsseite bei Überlast dauerhaft momentenfrei voneinander getrennt. Da das Einrücken der Kupplung erst bei Stillstand der Maschine möglich ist und manuell erfolgt, wird sie nur minimal belastet. Bei den gesperrten Kupplungen kommt es gar nicht erst zu einem Ausrasten – hier verdreht sich die Kupplung im Falle einer Überlast lediglich um wenige Winkelgrade und löst damit einen Endschalter aus.

Verschleißfreie Kupplungen

Die neuen Permanent- und Hysteresemagnetkupplungen von KBK eignen sich sehr gut für die Drehmomentbegrenzung in Flaschenverschließanlagen, Pumpenantrieben sowie in Anwendungen der Prüf- und Medizintechnik. Durch ihre besondere Konstruktion arbeiten die Kupplungen verschleiß- und wartungsfrei und decken Drehmomentbereiche von 0.1 bis 60 Nm ab. Die Permanentmagnetkupplung trennt bei Überlast die Kraftübertragung vom Innen- zum Außenteil der Kupplung ruckelnd, bei der Hysteresekupplung findet dagegen eine gleitende Trennung der Kraftübertragung statt.

Überlastkupplungen: Tellerfedern und Kugeln

Sicherheitskupplungen von KBK haben Vorteile gegenüber Lösungen wie Rutschnaben oder Kupplungen mit elektronischer Abschalteinrichtung. Bei Rutschkupplungen lässt sich das Überlastmoment nicht annähernd so präzise einstellen wie bei Sicherheitskupplungen mit Kugel-Rast-Prinzip. Auch Sicherheitssysteme mit elektronischer Abschalteinrichtung haben einen Nachteil gegenüber den KBK-Kupplungen, die ausschließlich mechanisch arbeiten. Bei ihnen dauert es dreimal so lange, bis An- und Abtrieb momentenfrei sind. Die Bauteile werden hier daher über eine längere Zeit belastet.