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Sicherheitskupplung für Servomotoren und Getriebe
15 Juli 2020
Der Einsatz eines Toleranzringes ist eine einfache Möglichkeit eine mechanische Drehmomentbegrenzung in ein komplexes System zu integrieren. Diese Sicherheitskupplung erhöht die Lebensdauer, reduziert das Gewicht und verringert den Bauraum des Endproduktes.
Der Spielzeugroboter fällt vom Tisch, unachtsame Personen stolpern über Saugroboter und elektrische Scharniere von Toilettensitzen oder Fahrzeugen werden abrupt gestoppt.
Beschädigungen die durch solch falschen Gebrauch und den hierdurch verursachten Lastspitzen verursacht werden, lassen sich durch den Einsatz eines Drehmomentbegrenzers verhindern. Einsatz finden solche Systeme in Servos, Schrittmotoren oder Getrieben.
Mechanische Drehmomentbegrenzer
Dieser Artikel beschreibt die verschiedenen Varianten von mechanischen Drehmomentbegrenzern. Diese sorgen bei Drehmomentüberlastung für eine Auskupplung innerhalb von Millisekunden. Im Gegensatz zu elektrischen Drehmomentbegrenzern, welche Sensoren und Geräte zur Erkennung und Überwachung benötigen. Und schließlich sind mechanische Rutschkupplungen, die billigere und einfachere Option. Die wichtigsten Funktionsweisen von mechanischen Drehmomentbegrenzern sind: Reibung, Scherbolzen und Kugel- oder Rollenauslöser.
Reibungs-Rutschkupplung
Bei Reibungs-Drehmomentbegrenzern sind Reibscheiben federbelastete, die ähnlich wie bei einer Autokupplung reibschlüssig miteinander verbunden sind. Der Schlupf wird durch die Einstellung der Federvorspannung der Reibscheiben erzeugt. Unter normaler Drehmomentbelastung wird das gesamten Drehmoment übertragen. Bei Überschreiten des Schwellenwerts, rutschen die Reibscheiben gegeneinander. Ein Vorteil bei dieser Art von Rutschkupplung ist das sofortige „wieder einrasten“ nach dem Überlastzustand.
Scherbolzen Sicherheitskupplung
Bei dieser Art von Sicherheitskupplung werden Metallstifte verwendet, um zwei rotierende Bauteile miteinander zu verbinden. Auf die Scherbolzen wird bei der Drehmomentübertragung eine konstante Scherkraft ausgeübt. Bei normaler Kraftübertragung ermöglicht diese Kupplung die Übertragung des gesamten Drehmoments. Wenn das maximale Drehmoment überschritten wird, brechen die Scherstifte und begrenzen somit die Übertragung des Drehmomentes. Nachteilig ist, dass die Scherstifte nach der Drehmomentüberlastung ersetzt werden müssen und es schwer ist die Höhe des Drehmoments, bei dem der Scherstift bricht, genau vorherzusagen.
Kugel- oder Rollen-Überlastkupplung
Eine Reihe von Kugeln oder Rollen in einem rotierenden Bauteil werden mit passenden Vertiefungen oder Rasten in dem anderen rotierenden Bauteil gepaart. Die Kugeln oder Rollen sind federbelastet, so dass sie mit den entsprechenden Vertiefungen oder Rastnasen in Eingriff bleiben. Das gesamte Drehmoment wird im Normalbetrieb übertragen. Wenn das Drehmoment den Schwellenwert überschreitet, überwinden die Kugeln oder Rollen die Federkräfte und rasten aus.
RENCOL® Toleranzring Rutschkupplung
Eine RENCOL® Toleranzring Rutschkupplung, die mit Federkraft und Reibung als Funktionsprinzip arbeitet, ist ähnlich einer Reibungs-Rutschkupplung. Der Toleranzring wird jedoch koaxial in eine Antriebsbaugruppe eingebaut, anstatt in Reihe mit einer Baugruppe installiert oder geklemmt zu werden. Der Toleranzring fungiert hierbei als Feder- und Reibelement. Der RENCOL® Toleranzring hat Wellen, die eine radiale Kraft erzeugen. Diese radiale Federkraft sorgt für Reibung zwischen zwei Komponenten und überträgt das Drehmoment, bis ein Schwellenwert überschritten wird. Der Toleranzring kann zwischen einem Zahnrad oder Kettenrad und einer An- oder Antriebswelle montiert werden.
RENCOL® Toleranzring als Sicherheitskupplung in einem Servomotor
Der RENCOL® Toleranzring fixiert das Zahnrad auf der Antriebswelle und überträgt das Drehmoment. Falls der Antrieb auf ein Hindernis fährt oder eine äußere Last auf den Antrieb wirkt, ermöglicht der Toleranzring ein vorübergehendes Durchrutschen zwischen Zahnrad und Welle.
Die Lage der Antriebwelle wird von einem Winkelsensor oder Potentiometer aufgezeichnet, somit kann das System ein Durchrutschen erkennen und erfasst weiterhin die korrekte Position.
Durch spezifische Auslegung des Ringes erfolgt ein Durchrutschen bei dem zum Servomotor passenden Drehmoment oder alternativ zu dem vom Servomotor bewegten mechanischem System.
Die beiden unten abgebildeten Graphiken zeigen eine Rutschkupplung ausgelegt für 0,4Nm. Für den entsprechenden Servomotor wären RENCOL® Toleranzring Rutschkupplungen mit bis zu 2,5Nm möglich.
Drehmoment – Anzahl Zyklen
Drehmoment – Winkel
Rutschkupplung
Die meisten Rutschkupplungen sind komplex, sperrig und massiv. Ein RENCOL® Toleranzring ist ein Bauteil, dass in Reihe mit vorhandenen Komponenten eingesetzt wird. Dies reduziert Platz und Gewicht bei geringeren Kosten. Weitere Informationen zu RENCOL® Toleranzringen als Rutschkupplung oder Drehmomentbegrenzung finden Sie auf unserer Produktseite.