Technikartikel
Was unterscheidet Sicherheitskupplungen von Drehmomentbegrenzern? Auswahl nach Schutzfunktion
Nicht zuerst über Begriffe diskutieren, sondern das erforderliche Verhalten bei Überlast definieren
Die Abgrenzung zwischen „Sicherheitskupplung“ und „Drehmomentbegrenzer“ fällt in den Katalogen verschiedener Anbieter unterschiedlich aus. Entscheidend für die Auswahl ist die Schutzfunktion: Soll die Kupplung bei Überlast weiter durchrutschen, sofort ausrasten, über ein Scherelement trennen oder über einen Sensor das Abschalten durch die Steuerung auslösen? Nach der Störungsbeseitigung kann eine automatische Rückstellung, eine Rückstellung in definierter Position oder der manuelle Austausch eines Elements erforderlich sein. Steht in der Anfrage nur eine Produktbezeichnung, können Lieferanten völlig unterschiedliche Schutzkonzepte anbieten.
Vergleich der gängigen Schutzfunktionen
| Schutzprinzip | Verhalten bei Überlast | Besonders geeignet für | Zwingend zu prüfende Risiken |
|---|---|---|---|
| Reibschlupf | Relativbewegung nach Überschreiten des eingestellten Bereichs | Kurzzeitig zulässiger Schlupf und Begrenzung des übertragenen Drehmoments | Erwärmung durch Schlupf, Verschleiß der Reibbeläge, Abweichung des Drehmoments nach der Rückstellung |
| Ausrasten über Kugeln | Schnelle Trennung beim Erreichen des Auslösepunkts | Automatisierungsanlagen, die ein eindeutiges Stoppsignal benötigen | Ausrastweg, Rückstellart, Anforderungen an die Wiederholpositionierung |
| Scherelement | Durchtrennen eines definierten Bauteils bei Überlast | Einfache Auslöselogik bei zulässigem Stillstand für den Austausch | Ersatzteile, Streuung der Scherelemente, Schutz vor Fragmenten |
| Synchron ausrastende Bauform | Rückstellung in einer definierten Phasenlage nach dem Ausrasten | Antriebe mit Phasen- oder Synchronisationsanforderungen | Rückstellwinkel, Verdrehspiel, Einbaurichtung |
Ein Drehmomentbegrenzer stellt daher häufig die Begrenzung des übertragenen Drehmoments in den Vordergrund, eine Sicherheitskupplung dagegen das Ausrasten bei einer Störung und den Schutz der Anlage. Maßgeblich bleiben jedoch die Konstruktionsbeschreibung und die Auslösekennlinie, nicht allein die Produktbezeichnung.
Einstelldrehmoment bestimmen
Zunächst wird mit `T = 9550P/n` das Basisdrehmoment im stationären Betrieb berechnet. Danach sind das Spitzendrehmoment beim normalen Anlauf, die zulässigen prozessbedingten Schwankungen und das gefährliche Drehmoment zu bestimmen, bei dem ein zu schützendes Bauteil beschädigt werden könnte. Der Schutzwert muss oberhalb der zulässigen normalen Spitzenwerte und zugleich unterhalb der Belastungsgrenze des schwächsten zu schützenden Bauteils liegen. Zwischen beiden Werten ist ein praktisch überprüfbarer Auslösebereich vorzusehen.
Es genügt nicht, nur die Motorleistung anzugeben und eine Einstellung auf „das Doppelte“ zu verlangen. Beschleunigungsträgheit, Übersetzungsverhältnis, Anlauf unter Last, Bremsvorgänge, veränderlicher Wickeldurchmesser und Materialblockaden beeinflussen die Spitzenwerte. Liegen Aufzeichnungen des Frequenzumrichters, Motorschutzgeräts oder Drehmomentsensors vor, sind normale Spitzenwerte und Störfälle anhand des zeitlichen Verlaufs zu unterscheiden. Ohne zuverlässige Daten müssen die zuständigen Fachleute für Anlage, Steuerung und Kupplung gemeinsam einen Inbetriebnahmeplan festlegen, anstatt den Einstellwert nach Erfahrung immer weiter anzuheben.
Häufiges Auslösen ist kein Grund, den Einstellwert zu erhöhen
Wiederholtes Auslösen der Schutzeinrichtung kann durch klemmende Lager, Materialstau, geänderte Prozesstakte, Ausrichtungsfehler, verschmutzte Reibflächen oder eine falsche Einstellung verursacht werden. Zunächst sind Last, Drehzahl und Prozesszustand zum Auslösezeitpunkt zu protokollieren; danach ist die Ursache zu beheben. Eine unkontrollierte Erhöhung des Einstellwerts kann die Schutzwirkung aufheben und den Schaden auf Getriebe, Welle oder Arbeitsmaschine verlagern.
Nach den Folgen für die Anlage auswählen, nicht nach dem Preis
- Darf ein Förderer bei Materialstau kurzzeitig durchrutschen, kann ein Reib-Drehmomentbegrenzer geprüft werden. Zu berücksichtigen sind jedoch die Erwärmung und anhaltender Schlupf im unbeaufsichtigten Betrieb;
- benötigt eine Verpackungs- oder Montageanlage einen schnellen Stopp und ein Signal an die SPS, kommt eine ausrastende Bauform infrage;
- bei Wickelanlagen sind der veränderliche Wickeldurchmesser, die Bahnspannung und das Massenträgheitsmoment zu berücksichtigen; normale Prozessspitzen dürfen nicht als Störung fehlinterpretiert werden;
- bei Anlagen mit strenger Phasenbeziehung sind Rückstellwinkel und Verdrehspiel eindeutig festzulegen;
- bei erhöhtem Risiko für Personen müssen Schutzvorrichtungen und Steuerungskonzept aus der Risikobeurteilung der Gesamtmaschine abgeleitet werden.
Eine Sicherheitskupplung ist nur ein Teil des Antriebsschutzes. Sie ersetzt weder Schutzhaube, Not-Halt, Verriegelung und Bremse noch eine freigegebene sicherheitstechnische Konstruktion. Gewöhnliche Stahlfederkupplungen und Zahnkupplungen können Stöße dämpfen oder Drehmoment übertragen, bieten in der Regel jedoch keine einstellbare Abschaltung bei Überlast.
Erforderliche Angaben für die Anfrage
Anzugeben sind Anlage und Prozess, Dauerleistung und Drehzahl, normales Betriebsdrehmoment, Nachweis des Spitzendrehmoments beim Anlauf, gewünschtes Auslösedrehmoment, Dauer der Überlast, Wellendurchmesser und Passfedernuten beider Seiten, Bauraum, Anschlussart, Umgebungstemperatur, Staub- oder Ölbelastung, zulässige Schlupfdauer sowie der Ablauf nach einer Auslösung. Zusätzlich ist Folgendes festzulegen:
- automatische oder manuelle Rückstellung und die Möglichkeit einer Rückstellung in beliebiger Winkelposition;
- Bedarf an Näherungsschalter, Endschalter oder anderen Signalschnittstellen;
- zulässiges Verdrehspiel, Wiederholpositioniergenauigkeit und Drehrichtung;
- Restdrehmoment nach dem Auslösen, maximale Drehzahl und erforderlicher Stillsetzweg;
- Schutz der Einstellung vor unbeabsichtigter Betätigung sowie Dokumentation und Prüfung des Einstellwerts.
In der abschließenden technischen Freigabe sind Auslöseprinzip, Einstellbereich, Rückstellmethode, Schnittstellenmaße und Abnahmeprüfung in Zeichnung oder Vereinbarung festzuhalten. So wird ein eindeutig definiertes Schutzverhalten beschafft und nicht nur ein Produkt mit mehrdeutiger Bezeichnung.
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