Technikartikel
Stahlfederkupplung oder Zahnkupplung für Brecher und Förderer?
Kurzantwort: Zuerst klären, ob Stoßdämpfung oder die Übertragung hoher Drehmomente wichtiger ist
Wenn die Auswirkungen von Anlauf-, Reversier- oder Materialstößen auf das Getriebe reduziert werden sollen, ist vorrangig eine Stahlfederkupplung zu prüfen. Bei niedriger Drehzahl, hohem Drehmoment, knappem radialem Bauraum und zuverlässig gewährleisteter Schmierung vor Ort ist eine Zahnkupplung vorrangig zu prüfen. Muss die Kupplung bei einer Blockade durchrutschen oder trennen, kann keine der beiden Ausführungen eine Sicherheitskupplung oder einen Drehmomentbegrenzer ersetzen.
Konstruktive Unterschiede der beiden Kupplungsarten
| Vergleichspunkt | Stahlfederkupplung | Zahnkupplung |
|---|---|---|
| Hauptmerkmal | Die Feder verformt sich in den Nuten und dämpft Drehstöße | Innen- und Außenverzahnung greifen ineinander und ermöglichen eine hohe Tragfähigkeit bei kompakter Baugröße |
| Besonders geeignet für | Dämpfung von Anlauf- und kurzzeitigen Stoßbelastungen | Übertragung hoher Drehmomente bei begrenztem Bauraum |
| Steifigkeit | Vergleichsweise elastischer | Vergleichsweise höher; Stoßdämpfung ist nicht ihr primärer Vorteil |
| Wartungsschwerpunkte | Feder, Gehäuse, Nuten und Schmierung | Zahnflanken, Dichtungen, Gehäuse und Schmierung |
| Typische Schadensanzeichen | Federbruch, Druckstellen in den Nuten, Fettaustritt am Gehäuse | Einseitiger Zahnflankenverschleiß, Grübchenbildung, Fettaustritt an den Dichtungen, zunehmendes Spiel |
| Gemeinsame Grenzen | Beide erfordern eine kontrollierte Ausrichtung; die meisten Bauformen müssen vorschriftsmäßig geschmiert werden; Standardausführungen sind keine Überlast-Trenneinrichtungen |
Die Tabelle grenzt die Auswahl lediglich ein. Sie ersetzt nicht die Prüfung von Nenndrehmoment, zulässiger Drehzahl, maximaler Wellenbohrung und zulässigem Versatz der konkreten Baugröße.
Brecher: Zuerst Stoßursache und Folgen einer Blockade bestimmen
Backen-, Kegel-, Hammer- und Walzenbrecher weisen unterschiedliche Lastverläufe auf. Vor einer Anfrage sind folgende Fragen zu beantworten: Erfolgt die Beschickung gleichmäßig? Läuft die Maschine unter Last an? Was geschieht nach dem Eintritt eines Fremdkörpers? Auf welcher Stufe greift der Blockierschutz? Wie groß ist das Trägheitsmoment des Rotors? Wurden in der Vergangenheit eher Kupplung, Welle oder Getriebe beschädigt?
Bei deutlichen Materialstößen und zugleich vorhersehbarem normalem Drehmoment ist die Torsionsdämpfung einer Stahlfederkupplung in der Regel besonders prüfenswert. Liegt die Kupplung auf einem langsam laufenden Wellenabschnitt mit hohem Drehmoment, ist ihr Außendurchmesser begrenzt und sind Abdichtung sowie Schmierung sichergestellt, kann eine Zahnkupplung kompakter ausfallen. Bei häufigen Blockaden sollte das Problem nicht durch eine immer größer dimensionierte Kupplung „gelöst“ werden; dadurch verlagert sich der Schaden auf teurere Antriebskomponenten. Es ist zu klären, ob ein definiertes Auslösedrehmoment, ein Trennsignal oder eine manuelle Rückstellung erforderlich ist.
Förderer: Anlauf unter Last, Bremsvorgänge und Trägheit sind entscheidend
Die stationäre Belastung eines Gurtförderers wirkt zwar gleichmäßig, beim Anlauf unter Volllast, bei ungleichmäßiger Materialaufgabe, blockierter Trommel und beim Abbremsen entstehen jedoch kurzzeitige Lastspitzen. Bei langen Förderstrecken oder hoher Trägheit sind außerdem die Anlaufkurve und die Lastverteilung zwischen den Antrieben zu berücksichtigen. Soll der Anlauf unter Last oder eine kurzzeitige Stoßbelastung gedämpft werden, ist zunächst eine Stahlfederkupplung zu verifizieren. Am kompakten, langsam laufenden und hoch belasteten Getriebeabtrieb kann eine Zahnkupplung geprüft werden.
Bei einer Bremse sind Bremsscheiben- bzw. Bremstrommeldurchmesser, Breite der Reibfläche, Einbauposition und verfügbarer Bauraum separat anzugeben. Besteht die Gefahr eines Rücklaufs, müssen außerdem Rücklaufsperre und Bremslogik beschrieben werden; eine Kupplungsauswahl allein nach der Motorleistung ist unzureichend.
Beide Varianten anhand derselben Daten vergleichen
Das Grunddrehmoment wird mit `T = 9550P/n` berechnet; dabei muss die Betriebsdrehzahl am Wellenabschnitt der Kupplung eingesetzt werden. Anschließend sind für beide Varianten exakt dieselben Betriebsdaten bereitzustellen: Anlaufart, Spitzenlast, Anzahl der Start-Stopp-Zyklen pro Stunde, Reversierbetrieb, Wellendurchmesser und Passfedernut, Wellenendabstand (DBSE), maximaler Außendurchmesser, Versatz, Umgebung und Wartungsintervall. Mindestens folgende Punkte sind zu vergleichen:
- Nenndrehmoment und Berechnungsgrundlage für kurzzeitige Lasten;
- zulässige Drehzahl, Massenträgheitsmoment und gegebenenfalls erforderliches Auswuchten;
- maximale Wellenbohrung, Wandstärke der Nabe und Bedingungen der Passfederverbindung;
- Demontage des Gehäuses, Schmierstoffzufuhr und Zeitaufwand für den Austausch von Verschleißteilen;
- ob nach einem Schaden nur die Feder auszutauschen oder die Zahnflanke zu prüfen ist oder die gesamte Kupplung demontiert werden muss.
Ausschlusskriterien und Entscheidung vor Ort
Kann die Schmierung und Abdichtung vor Ort nicht regelmäßig kontrolliert werden, darf der hohe Tragfähigkeitswert einer Zahnkupplung nicht dazu verleiten, die Wartungsbedingungen zu ignorieren. Bei dauerhaftem Wellenversatz darf auch eine Stahlfederkupplung nicht als Vorrichtung zur Korrektur der Ausrichtung betrachtet werden. Treten häufig ungewöhnlich starke Stöße auf, sind zunächst Materialzufuhr, Lager, Fundament und Steuerungslogik zu prüfen.
Der abschließenden Anfrage sollten Antriebsskizze, Maschinentyp, Motorleistung und Betriebsdrehzahl, Übersetzungsverhältnis, Fördergut und maximaler Beschickungszustand, Angaben zum Anlauf unter Last, Aufzeichnungen zu Blockaden, Wellendurchmesser und Passfedernut, Einbauraum, Fotos der vorhandenen Kupplung sowie die bisherigen Bruchstellen beigefügt werden. Nur dann kann der Anbieter beide Lösungen unter identischen Randbedingungen vergleichen, statt jeweils ein Modell vorzuschlagen, das sich nicht objektiv gegenüberstellen lässt.
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