Technikartikel
Balligverzahnte Kupplungen für Stahlwerke auswählen: Einsatzstelle, Stoßbelastung und Wartung
Auch innerhalb eines Stahlwerks gelten völlig unterschiedliche Auswahlkriterien
Balligverzahnte Kupplungen kommen an Haupt- und Hilfsantrieben von Walzwerken, Rollgängen, Haspeln, Hubtrommeln, Pfannenwagen und Kühlbetten zum Einsatz. Die entscheidenden Risiken unterscheiden sich jedoch: Im Walzwerk zählen der Stoß beim Walzgut-Anstich und das Spitzendrehmoment, beim Rollgang häufiges Anfahren und Stillsetzen, an der Trommel das Bremsen und die hohe Last bei niedriger Betriebsdrehzahl. Beim Pfannenwagen kommen Wärmestrahlung, Staub und begrenzter Bauraum hinzu. Die Bestellangabe „balligverzahnte Kupplung für ein Stahlwerk“ reicht daher nicht aus, um die Baugröße festzulegen.
Zuerst eine Lasttabelle für die Einsatzstelle erstellen
Das Grunddrehmoment lässt sich mit `T = 9550P/n` berechnen. Dabei ist `P` die übertragene Motorleistung und `n` die tatsächliche Betriebsdrehzahl des Wellenabschnitts, in dem die Kupplung sitzt. Entscheidend sind die Daten genau dieses Wellenabschnitts, denn Betriebsdrehzahl und Drehmoment unterscheiden sich an Ein- und Ausgang eines Getriebes. Anschließend werden aus Anfahrverfahren, Drehrichtungswechseln, Bremsvorgängen sowie Aufzeichnungen über Walzgut-Anstich oder Blockaden die Kurzzeitlasten ermittelt und mit dem Betriebsfaktor aus dem jeweiligen Produktkatalog geprüft.
| Einsatzstelle im Stahlwerk | Schwerpunkt der Auswahl | Häufig fehlende Daten |
|---|---|---|
| Walzwerksantrieb | Spitzendrehmoment, Reversieren, Stoßbelastung, Torsionsschwingungen im Wellenstrang | Anstichprotokolle, Überlasthistorie, Ausrichtung im warmen Zustand |
| Rollgänge und Fördertechnik | Schalthäufigkeit, Trägheitsmoment des Einzelantriebs, Austauschbarkeit vor Ort | Schaltspiele pro Stunde, blockierte Rollen, Schnittstellen der Ersatzteile |
| Haspel- und Trommelantriebe | Hohes Drehmoment bei niedriger Betriebsdrehzahl, Bremsen, Axiallast | Abmessungen der Bremstrommel, Trägheitsmoment bei vollem Coil, Axialversatz |
| Pfannenwagen und Hebezeuge | Anfahren unter Last, Bremsen, Sicherheitsreserve, heiße Umgebung | Triebwerksgruppe, Anzahl der Schaltspiele, Richtung der Wärmestrahlung |
| Kühlbetten und Hilfsantriebe von Richtmaschinen | Lastschwankungen, Bauraum, Wartungszugang | Bauraum der Schutzhaube, Demontagerichtung, Synchronisationsanforderungen |
Warum Balligverzahnung – und warum Ausgleichsfähigkeit keine Ausrichtungsfreiheit bedeutet
Die balligverzahnte Kupplung verbessert durch ihre Zahnflankenmodifikation die Lastverteilung bei geringfügigem Winkelversatz und bietet zugleich eine hohe Tragfähigkeit bei kompakten Abmessungen. Dennoch erfordert sie eine korrekte Ausrichtung, zuverlässige Schmierung und wirksame Abdichtung. Überschreiten Fundamentsetzung, Lagerspiel, Wärmeausdehnung langer Wellen oder thermische Lageänderungen der Maschine den zulässigen Bereich, entsteht weiterhin Kantentragen an den Zahnflanken.
Die Projektdaten müssen die Einbaulage im kalten Zustand, den erwarteten Wärmeversatz, den Axialversatz sowie den zulässigen Winkel-, Radial- und Axialversatz eindeutig angeben. Die konkreten Grenzwerte sind für die gewählte Baureihe und Baugröße anhand der Zeichnung zu bestätigen. Katalogwerte anderer Ausführungen dürfen nicht ungeprüft übernommen werden.
Die mechanische Schnittstelle ist wichtiger als die Baureihenbezeichnung
Typische Ausführungen im Stahlwerk können eine einteilige Zahnhülse, ein geteiltes Gehäuse, eine Bremstrommel, einen Anschlussflansch, eine Zwischenwelle oder einen Sonderflansch umfassen. Die Baureihenbezeichnung dient lediglich als Einstieg in die Suche. Abschließend sind folgende Punkte zu prüfen:
- Wellendurchmesser, Länge der Wellenbohrungen, Passfedernuten oder andere Verbindungsarten an beiden Enden;
- Wellenendabstand (DBSE), Gesamtlänge, größter Außendurchmesser und Bauraum der Schutzhaube;
- Zentrierbund am Flansch, Schraubenbohrungen, Montage- und Demontagerichtung sowie Hebemöglichkeiten vor Ort;
- Durchmesser, Breite der Reibfläche und Lage der Bremstrommel sowie ihre Position relativ zur Bremse;
- Einbaurichtung, Betriebsdrehzahl, möglicher Reversierbetrieb sowie die Frage, ob dynamisches Auswuchten erforderlich ist;
- Schmierverfahren, Dichtungskonstruktion, Umgebungstemperatur sowie Einwirkung von Zunder, Wasserdampf und Reinigungswasser.
Ist am Altteil keine verlässliche Typenbezeichnung vorhanden, sind zunächst mit der Messmethode für alte Kupplungen die Abmessungen aufzunehmen. Erst danach lässt sich zwischen einem Standardersatz und einer Fertigung nach Zeichnung entscheiden. Aus einer stark verschlissenen Wellenbohrung, dem Zahnflankenspiel oder den Maßen der Dichtungsnut dürfen keine ursprünglichen Konstruktionswerte abgeleitet werden.
Material, Wärmebehandlung und Prüfung eindeutig spezifizieren
Pauschale Angaben wie „hochfester Werkstoff“ oder „je härter, desto besser“ sind ungeeignet. Der Besteller sollte die Vorgaben der Originalzeichnung, die Belastungsart, die Schadensstelle und die geforderten Prüfungen bereitstellen. Der Lieferant sollte in der Freigabezeichnung Werkstoff, wärmebehandelte Bereiche, wichtige Passungen, Toleranzen und Prüfgrundlagen ausweisen. Werden Werkstoffzeugnisse, Maßprotokolle, zerstörungsfreie Prüfungen oder ein Auswuchtprotokoll verlangt, sind Umfang und Abnahmedokumente vor der Angebotserstellung festzulegen. Nach Produktionsende lassen sich solche Anforderungen nicht ohne Weiteres ergänzen.
Schmierung und Ersatzteilwartung bereits bei der Beschaffung berücksichtigen
Hohe Temperaturen, Staub, Wasserdampf und Zunder verkürzen die Nutzungsdauer von Schmierstoff und Dichtungen. Bei der Auswahl ist zu prüfen, ob die Schmierstellen zugänglich sind, das Gehäuse vor Ort demontiert werden kann, Dichtungen einzeln erhältlich sind und die Inspektion innerhalb des Stillstandsfensters möglich ist. Bei einseitigem Verschleiß, Erwärmung, herausgeschleudertem Fett oder Metallabrieb im Schmierfett hilft die Fehlersuche an Zahnkupplungen weiter; bloßes Nachfetten reicht nicht aus.
Eine technisch belastbare Anfrage muss Einsatzstelle und Antriebsskizze, Motorleistung und Betriebsdrehzahl am Kupplungswellenabschnitt, Anfahr- und Bremsverfahren, Grundlage der Spitzenlast, Zeichnungen der Wellenenden, Bauraum, thermische Umgebung, ursprüngliche Typenbezeichnung oder Aufmaßzeichnung, Schadensfotos, Stückzahl und geplantes Stillstandsfenster enthalten. Nur auf dieser Basis lässt sich beurteilen, ob ein Standardmodell, eine angepasste Schnittstelle oder ein vollständiger Sonderersatz das geringste Risiko bietet.
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