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Sicherheitskupplung

Wie der Semmering-Basistunnel entsteht

| Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein

Beim Bau des Semmering-Basistunnels graben sich derzeit zwei riesige Tunnelbohrmaschinen durch den Berg. Um sie vor Schäden durch Überlast zu schützen, kommen Sicherheitskupplungen von Mayr Antriebstechnik zum Einsatz.

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Semmering-Basistunnel: Zwei Tunnelbohrmaschinen arbeiten sich vom Fröschnitzgraben in Steinhaus am Semmering rund 9 km in Richtung Gloggnitz durch den Berg.
Semmering-Basistunnel: Zwei Tunnelbohrmaschinen arbeiten sich vom Fröschnitzgraben in Steinhaus am Semmering rund 9 km in Richtung Gloggnitz durch den Berg.
(Bild: Mayr Antriebstechnik)

Sie ist 120 m lang und 2500 t schwer und wiegt damit in etwa so viel wie 400 Elefanten – eine der beiden Tunnelvortriebsmaschinen, die derzeit auf der Baustelle des Semmering-Basistunnels zum Einsatz kommen. Insgesamt arbeiten sich zwei dieser Maschinen vom Fröschnitzgraben in Steinhaus am Semmering etwa 9 km Richtung Gloggnitz durch den Berg. Wie fahrende Fabriken unter der Erde kleiden sie den ausgebrochenen Tunnel gleich mit Betonfertigteilen aus. Das Ausbruchsmaterial, das die Maschinen an ihrem hinteren Teil „ausspucken“, wird mit Förderbändern an die Oberfläche transportiert. Im Schnitt legt eine Maschine täglich zwischen 10 m und 15 m zurück.

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Und jeder einzelne Meter zählt. Ein Überlastfall beispielsweise – bedingt durch Ungleichmäßigkeiten im Gestein – darf die Tunnelvortriebsmaschinen nicht aufhalten. „Wenn unsere EAS-HT-Sicherheitskupplungen auf der Baustelle ausrasten, dann bei einem definierten und nachvollziehbaren Drehmoment und nur aus dem Grund, um Motor, Getriebe und Antriebsstrang vor Schäden durch Überlast zu schützen“, erklärt Ralf Epple, Produktmanager bei Mayr Antriebstechnik. So werden lange Stillstandszeiten vermieden und die Maschinen können nachhaltig betrieben werden. „Das Sicherheitskonzept darf dabei nicht anfällig für Manipulation sein“, betont Epple. „Das bedeutet, bei unseren Kupplungen wird das Drehmoment werkseitig eingestellt und ist nach dem Ausrasten sofort wieder verfügbar. Der Sicherheitsaspekt ist nicht von der Wiederinbetriebnahme abhängig.“

Sicherheitskupplungen mit einem Drehmoment bis 440.000 Nm

„Bei den freischaltenden EAS-HT-Kupplungen handelt es sich um Elementekupplungen, die ideale Lösungen bei sehr hohen Drehmomenten und Drehzahlen bzw. großen Massenträgheitsmomenten darstellen“, erläutert Epple. Diese Kupplungen basieren auf einzelnen Überlastelementen, die in die Flansche integriert sind. Das erreichbare Drehmoment ergibt sich dabei aus der Vorspannkraft der Elemente multipliziert mit der Anzahl der Elemente und dem Radius, an dem die einzelnen Elemente angeordnet sind. Durch das modulare Konzept lassen sich nicht nur auf den jeweiligen Einsatzfall zugeschnittene Kupplungen bauen, sondern es sind vor allem auch wesentlich höhere Drehmomente als mit einem zentralen Ausrastmechanismus beherrschbar.

So bietet Mayr Antriebstechnik Sicherheitskupplungen der EAS-HT-Baureihe im Standard mit einem Drehmoment bis 440.000 Nm an. Damit sind die Möglichkeiten aber noch nicht ausgeschöpft: Durch den modularen Aufbau sind nach oben faktisch keine Grenzen gesetzt.

Wie die Kupplung bei Überlast funktioniert

Bei den EAS-HT-Elementekupplungen übertragen die einzelnen Überlastelemente das Drehmoment im störungsfreien Betrieb formschlüssig. Im Überlastfall trennen sie An- und Abtrieb in Sekundenbruchteilen nahezu restmomentfrei mit hoher Abschalt- und Wiederholgenauigkeit. Es wirkt nur noch die Reibung der hochwertigen Druckflanschlagerung. Die im System gespeicherte Bewegungsenergie der rotierenden Massen kann frei auslaufen. Die Elementekupplungen bleiben getrennt, bis sie von Hand oder über pneumatische, hydraulische, mechanische oder elektromechanische Vorrichtungen einfach und schnell, nur mit einem Hammer, wieder eingerastet werden. Zusätzliches Werkzeug ist nicht erforderlich. Freischaltkupplungen verkraften nach dem Ansprechen lange Auslaufzeiten des Antriebs. Bei der Definition der zulässigen Auslaufzeit ist nur die robuste Kupplungslagerung zu betrachten. „Unsere Kupplungen sind so ausgelegt, dass gegebenenfalls der Bohrhub mit ausgerasteter Kupplung zu Ende gefahren werden kann“, erklärt Ralf Epple.

Kupplungen sofort wieder betriebsbereit

Im Gegensatz zu anderen Überlastsystemen, die zum Beispiel mit druckbeaufschlagtem Hydrauliköl oder Brechbolzen arbeiten, sind die EAS-HT-Sicherheitskupplungen nach Beseitigung der Überlastursache sofort wieder betriebsbereit. Sie werden nicht beschädigt und können mehrere hundert Überlastfälle verkraften. Außerdem ist nachvollziehbar, bei welchem Drehmoment die Kupplungen ausgerastet sind. „Bei anderen Systemen ist sozusagen das ‚Beweismittel‘ nach dem Überlastfall mit vernichtet, und es herrscht Ungewissheit bezüglich des Ausrastmoments“, sagt Epple. „Außerdem müssen die zerstörten Bauteile nach einer Überlast ausgetauscht werden. Das verursacht Kosten und Anlagenstillstand. Die erforderlichen Komponenten müssen verfügbar sein und zudem ist Fachwissen für die Wiederinbetriebnahme nötig. Es besteht die Gefahr, dass das Drehmoment falsch eingestellt wird. Eine falsch eingestellte Kupplung macht aber keinen Sinn, die Konsequenzen sind gerade im Bereich Tunnel- und Bergbau einfach zu groß.“

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Zu Größe und Gewicht ergänzt Epple: „Die neuen, kompakten Ausführungen, die speziell für den Tunnelbereich entwickelt wurden, haben in etwa dasselbe Gewicht und dieselben Außendurchmesser wie andere Überlastsysteme.“

Bevor eine Kupplung das Werk von Mayr Antriebstechnik verlässt, wird sie ausführlich getestet und exakt auf den geforderten Wert eingestellt. „Wir haben mittlerweile mehrere tausend Kupplungen im Markt im Einsatz und dementsprechend Erfahrung bezüglich der Einstellwerte“, ergänzt Ralf Epple. „Außerdem bekommen wir regelmäßig positive Rückmeldungen von den Betreibern. Gerade auch wenn bestehende Anlagen umgerüstet werden, lässt sich die Performance mit unseren Kupplungen entscheidend erhöhen.“

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