기계 성능을 최대한 활용할 수 있는 안전 커플링

기계 제조업체는 기계 성능을 최대로 끌어올리기 위해 노력한다. 커플링은 생산 과정에서 정확하게 정의된 과부하 토크로 드라이브를 보호할 수 있어, 다양한 커플링 설계를 적용할 수 있다.

스벤 카르프슈타인(Sven Karpstein): KBK Antriebstechnik GmbH 이사

핵심 내용

  • 안전 커플링을 정확하게 적용하고 릴리스 토크를 정확하게 설정하기 위해 다양한 디자인과 변형을 적용할 수 있다.
  • KBK는 안전 커플링에 점감적 특성 곡선의 디스크 스프링을 사용하다. 이러한 디스크 스프링은 정밀 조정이 가능하며, 분리 시에 잔류 마찰이 거의 발생하지 않는다.
  • 응용 분야에 따라 싱글 포지션 재연결, 멀티 포지션 재연결, 인터록킹 커플링 및 액티베이션 재연결 커플링 가운데 선택할 수 있다.

안전 커플링은 과부하로 인한 기계 손상을 방지한다. 하지만 이는 애플리케이션에 정확하게 적용되는 경우에만 가능하다. 이를 위해 과부하 커플링의 해제 토크를 정확하게 설정해야 한다. 커플링 제조업체 KBK는 거의 모든 애플리케이션에 모듈식 시스템으로 적합한 안전 커플링을 제공한다. 이러한 유연성은 개별 솔루션이 표준 구성 요소를 기반으로 생산되기 때문에 가능하다. KBK는 상대적으로 적은 노력과 저렴한 가격으로 맞춤형 커플링을 제조하고 있으며, 이러한 방식으로 적합한 구동 요소를 제공하지 못하는 경우, 새로운 커플링을 개발하기도 한다.

생산적인 어플리케이션을 위한 안전 커플링

안전 커플링은 높은 생산성이 요구되거나 구성품 또는 작업자를 특별히 보호해야 하는 적용 사례(예를 들어, 엔진 테스트 벤치, 자동화 시스템, 자동 서랍 시스템, 공작 기계 또는 의료 기기 등)에 사용된다. 여기에서 과부하 커플링은 커플링에 설정된 토크가 초과되는 즉시 구동 트레인과 출력 트레인을 서로 기계적으로 분리하는 작업을 수행한다. 이러한 방식으로 과부하와 드라이브 손상을 방지하거나 최소화할 수 있다.

애플리케이션에 대해 과부하 토크를 정확하게 정의할수록 과부하 커플링이 드라이브를 보호할 수 있다. 또한 기계 제작자는 정확한 토크는 허용할 수 없는 높은 토크가 발생하기 직전에만 실행되도록 커플링을 설정하기 때문에 기계의 출력을 최적으로 사용할 수 있다.

과부하 토크를 정밀하게 설정할 수 있다

KBK의 드라이브 기술 전문가들은 안전 커플링의 잠금 요소로 점감적 특성 곡선의 디스크 스프링과 볼을 사용하다. 이 구조는 과부하 토크의 정밀한 설정을 가능하게 하고, 과부하 발생하면 밀리초 이내에 토크 전달을 중단시킨다. 점감적 특성의 디스크 스프링은 커플링이 풀릴 때 잔류 마찰이 거의 발생하지 않아 구성 요소의 마모가 거의 없다. KBK의 안전 커플링은 기계 제작자에게 또 다른 이점을 제공한다. 정밀 조정으로 인해 과부하 발생을 안정적으로 제한하기 때문에 일반적인 설계 안전 예방 조치를 줄이고, 재료와 비용을 절감할 수 있다.

백래시 없는 토크 전달

안전 커플링은 볼록 원리에 따라 설계되어, 백래시가 없고 반복 가능한 토크 전달이 가능하다. 커플링은 마운팅 플랜지에 돔이라고 하는 반구형 만곡부를 포함한다. 이 만곡구에는 과부하 시 만곡부 밖으로 밀리는 볼이 포함되어 있다. 따라서 구동 트레인과 출력 트레인이 서로 분리되어 토크 전달이 중단된다. 과부하 토크는 각 애플리케이션에 대해 개별적으로 설정한다. 이를 위해 고객과 함께 과부하 영역을 정의할 수 있다. 커플링에 사용되는 디스크 스프링의 수는 과부하 영역의 크기에 따라 다르다. 따라서 과부하 영역에서 최소 및 최대가 표시되고 고객이 요청한 과부하 토크의 정밀 설정이 이어진다. 디스크 스프링의 사전 장력을 통해 미세 조정이 이루어지며, 커플링의 조정 너트에서 변경할 수 있다. KBK는 과부하 토크가 올바른지 여러 번 테스트를 진행하고, 이 값을 커플링에 레이저로 표시하여 필요한 경우 다시 조정할 수 있다.

액티베이션 재연결 커플링으로 다운타임 최소화

KBK는 4가지 버전의 안전 커플링을 보유하고 있다. 직접 구동과 간접 구동에 대해 각각 2가지 커플링이 있으며, 소형 과부하 커플링도 제조하고 있다. 가능한 최소 과부하 토크는 0.1Nm이다. 사용자가 커플링을 설치하기 전에 기계 샤프트를 최적으로 정렬하고 오정렬을 방지할 수 있는 하프 쉘 디자인의 과부하 커플링은 전 세계적으로 유일무이하며, 네 가지 버전의 안전 커플링은 각각 고유한 특성을 가진 네 가지 스위칭 유형으로 제공된다.

KBK는 액티베이션 재연결 커플링, 인터록킹 커플링 등 4가지 스위칭 유형과 다양한 크기로 과부하 커플링을 제조한다.

싱글 포지션 재연결 커플링과 액티베이션 재연결 커플링은 오작동이 제거되고 자동으로 다시 결합되어 기계 가동 중지 시간을 최소화된다. 하지만 이러한 커플링은 멀티 포지션 재연결 안전 커플링보다 빨리 마모된다. 이는 잠금 지점에 맞물리는 것을 싱글 포지션 재연결 커플링의 볼은 회전당 한 번 시도하고, 잠금 커플링의 볼은 회 전당 여러 번 시도하기 때문이다. 결함이 제거되지 않을 경우, 볼은 반복적으로 잠금 지점을 넘게 되어 마찰이 발생한다. 이는 커플링을 최대 5000rpm의 애플리케이션에 사용하면 고장을 일으킬 수 있다. 이러한 경우 자동으로 끄는 리미트 스위치 또는 센서와 결합할 것을 권장한다.

파워 트레인이 받는 스트레스는 근소하다

반면에 멀티 포지션 재연결 안전 커플링은 마모가 훨씬 느리게 진행된다. 이는 멀티 포지션 재연결 안전 커플링은 과부하 시 구동이나 출력 측면이 토크 없이 서로 영구적으로 분리되기 때문이다. 커플링은 기계가 정지 상태에 있을 때만 결합되고 수동으로 수행되기 때문에 최소한의 스트레스만 받는다. 이 커플링은 내구성 테스트가 실행 중이고 작업자기 근처에 상근하지 않는 무인 테스트 스탠드와 같은 애플리케이션에 적합하다. 이 커플링은 충돌이 발생하더라도 완전히 파괴되지 않고 장시간 작동할 수 있다. 인터록킹 커플링의 경우 래치 풀림이 일어나지 않는다. 과부하 시 커플링은 몇 도만 회전하고 드라이브를 끄는 리미트 스위치가 작동한다.

액티베이션 재연결 안전 커플링은 인쇄 기계와 같이 관성 모멘트가 큰 응용 분야에 적용 가능하다.

마그네틱 커플링은 마모 없이 작동한다

새로운 영구 자석 커플링과 히스테리시스 마그네틱 커플링은 병 캡핑 시스템, 펌프 드라이브, 검사 기술 및 의료 기술 응용 분야의 토크 제한에 적합하다. 이 커플링은 특수 구조로 인해 마모가 거의 발생하지 않고 유지 보수가 필요 없으며, 0.1 ~ 60Nm의 토크 범위를 지원한다. 과부하가 발생한 경우 영구 자석 커플링은 저키 운동으로 커플링의 내부에서 외부로의 동력 전달을 차단하는 반면, 히스테리시스 커플링의 경우 동력 전달을 슬라이딩으로 분리한다.

KBK의 안전 커플링은 슬립 허브 또는 전자식 차단 장치가 있는 커플링과 같은 유사한 솔루션에 비해 많은 장점을 가지고 있다. 슬립 커플링의 경우 과부하 토크는 볼 잠금 원리를 사용하는 안전 커플링만큼 정확하게 설정할 수 없다. 그 이유는 슬립 커플링의 구조적 설계에 있다. 그 기능은 마찰 라이닝에 기반을 두고 있지만 마찰 계수를 명확하게 정의할 수 없다. 이러한 이유로 커플링의 해제 토크를 특정 값으로 정확하게 설정할 수 없다. KBK의 안전 커플링은 마찰 요소가 없지만 잠금 요소로 디스크 스프링과 볼만 포함하여 이러한 문제가 존재하지 않는다.

전자 분리 장치가 있는 안전 시스템은 기계적으로만 작동하는 KBK 커플링에 비해 단점이 있다. 이러한 안전 시스템의 경우, 구동 및 출력에 토크가 없어질 때까지 3배의 시간이 걸린다. 따라서 KBK 과부하 커플링을 사용할 때보다 구성품이 오랜 스트레스를 받을 수 있다.