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Kupplung Die größte Sicherheitskupplung der Welt

| Redakteur: Katharina Juschkat

Sie ist 21,5 Tonnen schwer und hat einen Außendurchmesser von vier Meter: Die R+W Antriebselemente GmbH konstruierte für eine Windkraft-Testanlage die größte Sicherheitskupplung der Welt.

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(Bild: R+W)

Sicherheitskupplungen sind ein entscheidender Faktor, um den reibungslosen Betrieb eines Motors zu gewährleisten. Sie schützen fragile Maschinenapplikationen vor Überlastschäden, die nicht nur Reparaturen nach sich ziehen, sondern auch einen kompletten Stillstand verursachen können. In Sachen Sicherheitskupplungen sind deswegen Präzision und Expertenwissen gefragt.

Für die R+W Antriebselemente GmbH gehört die individuelle Anfertigung von Industrie- und Präzisionskupplungen zum Tagesgeschäft. Durch die Erfahrung der hauseigenen Entwicklungsabteilung erreichen die Unterfranken immer wieder Anfragen aus Wirtschaft und Wissenschaft mit heiklen, oftmals extremen Parametern. Darunter fallen Projekte wie die Sicherheitskupplung für die Weltraumstation ISS oder die steckbare Metallbalgkupplung für die weltgrößte Maschine und den leistungsfähigsten Teilchenbeschleuniger, den Large Hadron Collider (LHC).

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Die gleichen Prinzipien in anderen Dimensionen

Ein weiteres Großprojekt wurde in diesem Sommer fertiggestellt und verbaut – die derzeit größte Sicherheitskupplung der Welt, die STF 20.000 mit einem Gesamtgewicht von 21,5 t für eine Windkraft-Testanlage. In jeder Hinsicht extrem waren daher auch die Anforderungen. Der Auftrag entwickelte sich aus der Ausschreibung eines spanischen Kupplungsherstellers. Dieser baute seinerseits ein Transmissionselement für die zwei Sechs-Megawatt-Motoren einer neuen, dänischen Windkrafttestanlage. Den hierfür zusätzlich notwendigen Überlastschutz in Form einer Sicherheitskupplung mit manueller Einrastung musste allerdings ein spezialisierter Kooperationspartner beisteuern. R+W fühlte sich der Ausschreibung gewachsen und konnte im Juli 2016 mit der Entwicklungsphase starten.

Der Technische Leiter bei R+W, Rainer Benz, erklärt: „Unser Lastenheft bestimmte die Kombination aus den enormen Lastzyklen des Windkraftbetriebs, den entsprechend hohen Kilonewtonmeter-Bereichen, die es zu bewältigen galt, und den baulichen Vorgaben der Spanier.“ Konkret heißt das: ein Ausrückmoment zwischen 15.000 kNm und 20.000 kNm, für das die Sicherheitskupplung ausgelegt sein sollte. Im Regelfall werden im Sicherheitsbereich bis zu 2800 Nm erreicht – das entspricht dem 7000-Fachen des üblichen Werts. Der zu erzielende Außendurchmesser betrug vier m. Der Innendurchmesser der gigantischen Sicherheitskupplung sollte immerhin noch 70 cm betragen, bei einer Länge von 470 mm. „Dennoch ist auch die STF 20.000 nach denselben Prinzipien wie alle unsere Industrie-Sicherheitskupplungen aufgebaut, nur in anderen Dimensionen als üblich“, erläutert Benz.

In sieben Monaten zur Kupplung

Das R+W-Entwicklungsteam näherte sich der besonderen Aufgabe in sieben Monaten Konzeptionszeit zunächst mit der Erstellung eines 3D-Modells. Nach diesem virtuellen Prototyp konnte die gigantische Kupplung realisiert werden. Den ungewohnten physikalischen Parametern wurden die Ingenieure durch die Finite-Elemente-Methode Herr. Besonders akribisch wurde nach eventuellen Schwachstellen an der Kupplung gesucht, die sich bei herkömmlichem Gebrauch und üblicher Größe so nicht ergeben. „Die Gefahr von Verformungen oder Rissen aufgrund der extremen Beanspruchung in der Windkrafttestanlage haben wir genauestens geprüft. Davon hängt auch die langfristige Funktionssicherheit der Kupplung ab“, ergänzt der Technische Leiter. Dementsprechend verstärkten die Konstrukteure die lokalisierten neuralgischen Punkte an der Kupplung, um Fehlern durch Verschleiß vorzubeugen.

Als Sonderanfertigung wurden danach alle Teile der Kupplung einzeln geschmiedet. Auch hier war Präzisionsarbeit gefragt, denn der nachfolgende, akribisch geplante Prozess des Zusammensetzens sollte keine noch so kleine Ungenauigkeit bei der Fluchtung eines Bohrpunkts verzeihen. Für die Montage der riesigen Sicherheitskupplung mietete das Projektteam eigens eine Halle im 50 Kilometer entfernten Mömbris bei Aschaffenburg an, die für den enormen Durchmesser der Sicherheitskupplung und die nötige hohe Kranleistung ausgelegt war. Insgesamt drei Wochen bastelten drei r+W-Mechaniker an dem Großteilepuzzle. Anstatt von allen Seiten die Teile zusammenzusetzen, montierten sie die Einzelkomponenten nur von einer Seite. Das erklärt der Technische Leiter Benz so: „Wir haben aus der technischen Notwendigkeit einfach eine Tugend gemacht und uns das Belegen einer Pizza zum Vorbild genommen. Einzelteil um Einzelteil wurde so am Grundgerüst festgesteckt – die ideale Vorgehensweise, wie sich herausgestellt hat.“

Antrag im Guinnessbuch der Rekorde

Zur finalen Montage musste die STF 20.000 nach Andalusien verschickt werden – eine weitere logistische Herausforderung. Zu den 21,5 t Gewicht der Sicherheitskupplung kam das 3,5 t schwere Transportgestell und setzte so für die rund 1500 km lange Fahrt einen ebenerdigen Nulllader ohne Überbreite voraus. Da in Frankreich dennoch die Autobahnnutzung für Schwertransporte dieser Art ausgeschlossen ist, benötigte das Fahrerteam insgesamt drei Tage bis zum Bestimmungsort. Nach eingehenden Funktionstests erfolgte die Verschiffung zum Einbau in die Windradtestanlage in Dänemark, deren Motoren seither durch die derzeit größte Sicherungskupplung geschützt werden.

„Natürlich sind wir nach der erfolgreichen Realisation dieses herausfordernden Projekts stolz. Solche extremen Anforderungen meistert nur, wer tiefes Prozessverständnis im Unternehmen verankert hat und gleichzeitig querdenken kann“, fasst Benz zusammen. Aktuell läuft die Bewerbung für einen Eintrag in das Guinnessbuch der Rekorde für die weltgrößte Sicherheitskupplung – das Team um Benz rsieht das jedoch gelassen als Tüpfelchen auf dem i. Denn parallel entstehen bereits weitere Projekte im Kilonewtonmeter-Bereich, die die beste Bestätigung für das Entwicklerteam sind. Dabei kann sich die Konzeption an der ersten Ausführung orientieren. Das frei anpassbare Interface sichert immer die Individualisierung auf das jeweilige Projekt und seine spezifischen Ansprüche. (kj)

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