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Mauerstetten, 02.03.2021

Zuverlässiger Schutz für hohe Drehzahlen

Sicherheits- und Wellenkupplungen für Highspeed-Anwendungen richtig auswählen

Sicherheits- und Wellenkupplungen für Highspeed-Anwendungen richtig auswählen

Antriebsachsen im Highspeed-Bereich benötigen zuverlässige Kupplungen. Denn kommt es bei den hohen Drehzahlen zu Kollisionen, können diese schwere Schäden verursachen. Aber Kupplungen gewährleisten nicht nur Überlastschutz. Dynamische und hochpräzise Wellenausgleichskupplungen schaffen gerade in der Prüfstandstechnik auch die Voraussetzungen für exakte Messergebnisse. mayr® Antriebstechnik hat sein umfangreiches Standard-Produktportfolio nun unter anderem um neue, kompakte Baugrößen für die EAS®-HSE Highspeed-Sicherheitskupplungen mit Drehzahlen bis 25.000 min-1 erweitert. Neu im Sortiment sind zudem massenoptimierte Messflansch-Kupplungen aus Aluminium oder Titan. Doch wann passt welche Kupplung? Auf welche Kriterien Anwender bei der Auswahl achten sollten.

Die klassischen Drehzahlen bis 1.500 min-1 sind lange schon überholt. In den meisten Bereichen der Industrie lässt sich eine steigende Nachfrage nach dynamischen, schnelldrehenden Antriebsachsen beobachten. Und gerade in der Mess- und Prüfstandstechnik müssen die Lösungen gleichzeitig auch hochpräzise sein. Bei den hohen Drehzahlen richten viele Anwender zudem ein besonderes Augenmerk auf die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Antriebsstrangs. Denn Kollisionen können hier schwere Schäden an Personen und Material verursachen. Für die Absicherung der Prüflinge und Messeinheiten kommen dafür mechanische Sicherheitskupplungen zum Einsatz. Diese öffnen den Antriebsstrang und entkoppeln die laufenden Massen innerhalb von Sekundenbruchteilen – schneller als elektronische Überwachungsfunktionen. Bei der Auswahl der passenden Kupplung gilt es allerdings, einige Punkte zu beachten. Denn eine unpräzise oder träge Kupplung, die das Messsystem beeinflusst oder zum falschen Zeitpunkt auslöst, macht nicht nur die Bewertung im Prüffeld schwierig, sondern verfehlt auch ihren Zweck.  

Spielfreie, kompakte Kupplungen mit hoher Leistungsdichte

Die Sicherheitskupplung, die Prüflinge und Messeinheiten vor Schäden durch Überlast schützt, muss zu den hochpräzisen Systemen passen und von ihrer Basis her für Highspeed geeignet sein. Wichtig ist zudem, dass die Kupplungen das Drehmoment spielfrei und mit hoher Drehsteifigkeit übertragen. „Unsere EAS®-HSE Highspeed-Elementekupplungen sind kompakt, haben eine hohe Leistungsdichte und ein geringes Massenträgheitsmoment“, erläutert Ralf Epple, Produktmanager bei mayr® Antriebstechnik. „Mit der aktuellen Baureihen-Erweiterung gehen wir auf die Anforderungen des Marktes ein und bieten den Anwendern so neue, gewichtsoptimierte Lösungen bereits im Standard. Für Sonderanwendungen sind wir zudem in der Lage, noch einen Schritt weiter zu gehen und Gewichte weiter zu reduzieren.“ Das kompakte, leistungsdichte Design der Kupplungen wird erreicht durch einen kleinen Außendurchmesser bei einem verhältnismäßig großen Bohrungsdurchmesser. Und auch die integrierten Elemente, über die bei der EAS®-HSE Kupplung die Drehmomentübertragung erfolgt, sind speziell ausgewählt und symmetrisch angeordnet. „Letztendlich gilt für die Auslegung: Bohrungsdurchmesser, Außendurchmesser und Elementegröße müssen harmonieren, um ein schwingungsarmes System zu erhalten, das im Auslösefall präzise funktioniert“, beschreibt Ralf Epple die Anforderungen.

Neue Baugrößen für Highspeed-Anwendungen

Mit der Baureihen-Erweiterung bietet mayr® Antriebstechnik nun Sicherheitskupplungen für Highspeed-Anwendungen mit Drehmomenten im Standard von 30 Nm bis 15.000 Nm und Drehzahlen von 25.000 min-1 für die kleinen und 8.000 min-1 für die großen Baugrößen an. „Trotz E-Mobilität stellen wir bei den Industrie-Prüfständen eine Art Drehzahl-Obergrenze bei 25.000 min-1 bis 30.000 min-1 fest“, ergänzt Epple. „Im Bereich Forschung und Entwicklung, wo wir mit Hochschulen und anderen Forschungseinrichtungen zusammenarbeiten, oder auch im Motorsport gibt es aber Projekte mit Drehzahlen deutlich über 30.000 min-1. Die Erfahrungen aus diesen Projekten nutzen wir, um unseren Standard permanent weiterzuentwickeln. Selbstverständlich haben wir dabei aber auch kleinere Drehzahlen im Blick.“

Hohe Drehzahlen schon im Standard

„Wir verfolgen die Entwicklungen des Marktes schon lange, um für die hohen Drehzahlen gewappnet zu sein“, erklärt Epple. „Das gilt für unsere Highspeed-Elementekupplungen genauso wie für die Freischaltkupplungen. So hat das Unternehmen für die bewährte EAS®-compact®-F Freischaltkupplung eine neue Standardbaureihe bis 12.000 min-1 entwickelt, die den stetig steigenden Anforderungen an Drehzahl und Dynamik Rechnung trägt. Bei der neuen Baureihe sorgt zum Beispiel unter anderem eine interne Abdichtung für eine zuverlässige Schmierung der Funktionsbauteile. Dies gewährleistet ein zuverlässiges Ausrasten auch unter extremen Bedingungen und hohen Drehzahlen.

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 Kräfte 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. Auf Basis der bewährten spielfreien und drehsteifen ROBA®-DS Baureihe bietet mayr® Antriebstechnik eine speziell für Messflansche angepasste Ausführung seiner Ausgleichskupplung (ROBA®-DS 9110/9210), die ideale Voraussetzungen für exakte Messergebnisse schafft.

Präzise Fertigung und hohe Wuchtgüte

Diese Lamellenpaketkupplungen meistern die hohen Drehzahlen zuverlässig und schon die Standardausführung aus Stahl ist kompakt, hat eine geringe Masse und Massenträgheit und erreicht Drehzahlen bis 30.000 min-1. Zudem zeichnen sich diese Kupplungen durch eine präzise Fertigung mit wenig Schnittstellen aus und haben eine hohe Laufruhe und Wuchtgüte „Unser oberstes Ziel ist, dass die Kupplungen kompakt und leistungsdicht sind“, betont Ralf Epple. „Die geometrische Grundlage muss stimmen. Es bringt nichts, eine große Kupplung einfach in Alu oder Titan auszuführen. Denn ggf. passt eine kompakte Ausführung in Stahl, die steifer ist und mehr Wechsellasten kann, besser zur Anwendung.“ Daher sollten Kunden bei der Auswahl der Kupplung und des Materials immer die Anwendung im Blick haben. Hier gilt es zwischen den Materialeigenschaften z.B. Gewicht, Steifigkeit oder Dauerfestigkeit und der finalen Kundenanwendung, also den tatsächlichen Drehzahlen, Lastwechsel, Lastzyklen, Lagerabständen und Bohrungsdurchmessern abzuwägen. Letztendlich zählt natürlich auch das Preis-Leistungsverhältnis.

Stahl, Alu und Titan im Vergleich

Im Bereich der Messtechnik ist häufig die Torsionssteifigkeit ein wichtiges Entscheidungskriterium, gerade dann, wenn Prüfstände die Aufgabe haben, z. B. Verdrehwinkel oder Elastizitäten zu messen. Die Steifigkeit von Stahl erreicht dabei selbst Titan nicht. Geht es allerdings vorrangig um viele Beschleunigungszyklen und steht das Massenträgheitsmoment im Fokus, sind unter Umständen leichtere Varianten aus Alu oder Titan die bessere Wahl. Titan besonders dann, wenn es hier um Lebensdauertests geht und viele Lastwechsel auftreten. Und auch in diesem Bereich steht die Entwicklung nicht still. „Wir arbeiten hier mit führenden Herstellern von Messflanschen zusammen. Künftig wird die direkte Anbindung an neue Highspeed-Messflansche möglich sein und auch hier wird es Ausführungen in verschiedenen Materialien geben“, ergänzt Ralf Epple.

Mehr Informationen zur EAS®-HSE Elemente-Kupplung

Mehr Informationen zur EAS®-compact®-F Freischaltkupplung

Mehr Informationen zur Ausgleichskupplung ROBA®-DS 9110/9210