Sicherheitskupplungen

Sicherheit im Tunnel

Das Verkehrsaufkommen erhöht sich Jahr für Jahr um ein Vielfaches. Moderne U-Bahn- und S-Bahn Netze sind daher unabdingbar. Die Hersteller von Tunnelbohrmaschinen werden daher auch in den kommenden Jahren über ausreichend Aufträge verfügen. Welche Möglichkeiten es gibt, die Schneidköpfe und Getriebe in Tunnelvortriebsmaschinen zu schützen, beschreibt dieser Beitrag über die Sicherheitskupplungen von R+W.

Sicherheitskupplungen werden eingesetzt, um beispielsweise Schneidköpfe und Getriebe in Tunnelvortriebsmaschinen zu schützen. Mit drei Schaltsegmenten pro Kupplung erreicht R+W ein Einstellbereich von 1.000 bis 6.000 Newtonmeter.

Eine wesentliche Voraussetzung für eine intakte und leistungsfähige Infrastruktur eines jeden Landes sind gut ausgebaute Straßen und Schienennetze – auch in Tunneln. Um Schneidköpfe und Getriebe in Tunnelvortriebs-Maschinen zu schützen, wurden in der neuesten Generation von Tunnelbohrmaschinen eines europäischen führenden Herstellers ST Sicherheitskupplungen von R+W integriert: Die Verbindung zwischen Sicherheitskupplung und Motor wird antriebsseitig über eine Motorenwelle mit einer Verzahnung nach DIN 5480 hergestellt. Abtriebsseitig wird ein Zahnrad angeflanscht, das den Bohrkopf über den verzahnten Lagerinnenring der Tunnelvortriebsmaschine antreibt. Insgesamt sind zwölf Antriebseinheiten verbaut. Einerseits kann hierdurch eine hohe und gleichmäßige Drehmomentübertragung gewährleistet werden. Andererseits wird das Ausfallrisiko auf ein Minimum reduziert und teure Stillstandzeiten vermieden. Im Falle einer Überlast bewegen sich die Kugeln axial aus den Kalotten und es erfolgt eine Zwangstrennung, so dass eine Beschädigung der einzelnen Bohrköpfe vermieden wird. Somit kommt es bei einem Ausfall einer oder mehrerer Einheiten zu keinen Ausfallzeiten im Tunnelvortrieb.

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Das errechnete und werkseitig voreingestellte Drehmoment pro Sicherheitskupplung beträgt 2.500 Nm. Durch den Einsatz dreier Schaltsegmente pro Sicherheitskupplung wird ein Einstellbereich von 1.000 Nm bis 6.000 Nm pro ST Sicherheitskupplung erreicht. In diesem Bereich kann das Drehmoment justiert und den jeweiligen geologischen Gegebenheiten angepasst werden. Der Kunde kann das Drehmoment, bei dem die Sicherheitskupplung im Überlastfall ausrastet, um einen Schaden zu vermeiden, erhöhen oder reduzieren. Hierfür sind auf den einzelnen Schaltsegmenten Markierungen eingebracht. Zur Verstellung des Ausrückmoments muss der Betreiber nur die stirnseitig eingebrachten Klemmschrauben lösen und die Einstellmutter unter Einbeziehung der Einstellskala mit einem einfachen Stirnlochschlüssel verstellen. Dann muss er nur noch die Klemmschrauben anziehen. Um einer etwaigen Fehlbedienung auszuschließen, verfügen die Module über einen Festanschlag in der Position ihres maximal einstellbaren Ausrückmoments.

Schnelle und einfache Einstellung des Kraftbereichs

Da die ST Sicherheitskupplungen auf eine hohe Leistungsdichte ausgelegt sind, konnte eine weitaus kompaktere Lösung angeboten werden als gefordert. Spezielle Vorgaben machte der Kunde auch bezüglich der Wiedereinrastung. So ist ein Einsatz ohne spezielle Werkzeuge vorgesehen, da eine möglichst einfache Wiedereinrastungsmöglichkeit gewährleistet werden muss. Zur Wiedereinrastung der ST Sicherheitskupplung muss der Betreiber An- und Abtriebsseite auf die markierte Einrastposition drehen. Die Einrastung der einzelnen Schaltsegmente kann über einen axialen Druck auf die Kupplungsstößel unter Hilfenahme eines Hebels, Montiereisens oder eines Kunststoffhammers erfolgen. Aufgrund des Designs ist es möglich, das maximale Drehmoment mit weiteren Schaltsegmenten zu erhöhen. Zudem können durch unsachgemäße Behandlung beschädigte oder zerstörte Schaltsegmente in kurzer Zeit ausgetauscht werden.

Aufgrund der vorherrschenden Kräfte und Vibrationen war es unabdingbar, die Lagerung der Sicherheitskupplung genau zu berechnen und auszulegen. Denn die richtige Dimensionierung der Lagerung spielt eine wesentliche Rolle für die Lebensdauer und Verschleißfestigkeit des gesamten Systems. Aufgrund der extremen Bedingungen im Tunnelbau, auch im Bereich des vorkommenden Wassers, war zudem eine Abdichtung dieser Sicherheitskupplung erforderlich. Auch die Anforderung an die Abdichtung im Falle einer Überlast wurde bei der Berechnung mit einbezogen. Im Falle einer Zwangstrennung kann der jeweilige Motor teilweise erst nach sechs Minuten abgeschaltet werden, wodurch hohe Temperaturen an der Dichtung entstehen können. Daher wurden spezielle Hochleistungsdichtungen verbaut, um einen Ausfall der Abdichtung wegen Überhitzung zu vermeiden. Zusätzlich war es erforderlich, die ST Sicherheitskupplung als gesamtes System feinzuwuchten. Hierdurch werden drohende Vibrationen, die das Gesamtsystem beeinträchtigen, vermieden. Aufgrund der langjährigen Erfahrung der Ingenieure und Techniker von R+W im Bereich Resonanzen, Vibrationen und in der Wuchttechnik, war es möglich, die Wuchtgüte auf die Applikation anzupassen.

Weitere Baureihen der Sicherheitskupplungen ST sind Ausführungen mit schwingungsdämpfenden oder torsionssteifen Eigenschaften. Die Modellreihe ST2 dämpft durch ein Elastomerteil die auftretenden Stöße im Antriebsstrang. Die Modellreihen ST3 und ST4 übertragen die Drehmomente mittels einer Federscheibenkupplung bzw. einer Bogenzahnkupplung. Alle Baureihen können Anlagen im Schwerlastmaschinenbau bis hin zu 160.000 Nm absichern. Es können Wellendurchmesser von 40 bis 290 mm adaptiert werden. Die Kupplungen sind absolut spiel- und wartungsfrei und mit einem umfangreichen Lieferpaket angeboten. Es beinhaltet neben der Kupplung einen Stirnlochschlüssel zur Veränderung des Ausrückdrehmoments und eine Auskuppeleinheit zur einfacheren Verstellung des Drehmoments. Jörg Stang, R+W Antriebselemente/st

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