Zahnradkupplungen in Tunnelbohrmaschinen: Antriebssystemtechnik für den britischen U-Bahn-Bauboom
Wie Hochleistungs-Zahnkupplungen die Zuverlässigkeitsstandards in TBM-Bohrkopfantrieben neu definieren – von der U-Bahn-Erweiterung in Birmingham bis hin zu den Crossrail-Nachfolgeinfrastrukturprojekten.
Die technische Realität hinter TBM-Antriebssystemen
Tunnelbohrmaschinen zählen zu den mechanisch anspruchsvollsten Anwendungen im modernen Tief- und Infrastrukturbau. Das Antriebssystem des Bohrkopfes einer Tunnelbohrmaschine mit Vollortsvortrieb muss Drehmomente übertragen, die regelmäßig Zehntausende Kilonewtonmeter erreichen – Kräfte, die die Belastbarkeit herkömmlicher Kupplungskonstruktionen deutlich übersteigen. Bei den laufenden Metro-Erweiterungsprojekten in Birmingham und den unterirdischen Versorgungskorridoren unter der Innenstadt von Sheffield hat die Wahl der richtigen Zahnkupplung zwischen Motor und Getriebe sowie zwischen Getriebe und Hauptlager direkte Auswirkungen auf Projektzeitpläne, Wartungsintervalle und die Gesamtkosten. Eine falsche Spezifikation kann den Tunnelvortrieb tagelang lahmlegen und Folgekosten in Höhe von Hunderttausenden Pfund pro Vorfall verursachen. Die für diese Positionen gewählte Kupplung ist kein unbedeutendes Bauteil. Sie ist ein präzisionsgefertigtes Kraftübertragungselement, von dem die Durchführbarkeit des gesamten Vortriebszyklus abhängt.
Eine Zahnkupplung arbeitet nach dem Prinzip ineinandergreifender Außen- und Innenverzahnungen, die typischerweise am Außenring ballig sind, um Winkelabweichungen ohne Kantenbelastung auszugleichen. Diese Konstruktion ermöglicht es der Kupplung, die dynamischen Winkelabweichungen zu tolerieren, die sich unweigerlich aufbauen, wenn eine Tunnelbohrmaschine (TBM) Kurven durchfährt, auf geologische Druckschwankungen an der Ortsbrust reagiert oder während der Drehung des Bohrkopfes asymmetrischen Bodenlasten ausgesetzt ist. Im Gegensatz zu starren Flanschverbindungen, die jedes kurzzeitige Biegemoment direkt auf die Wellenlager übertragen, absorbiert und entkoppelt eine Zahnkupplung diese unerwünschten Lasten und überträgt gleichzeitig zuverlässig die Torsionskraft – die einzige Last, der die nachgelagerten Komponenten jemals ausgesetzt sein sollten. Dieser Unterschied ist grundlegend dafür, warum Zahnkupplungen weltweit die Antriebstechnik von TBMs dominieren und warum britische Bauunternehmen, die Ausrüstung für Projekte in England, Schottland und Wales beschaffen, unabhängig vom TBM-Hersteller immer wieder auf diese Technologie zurückgreifen.
Funktionsprinzip von Zahnradkupplungen in Antriebssträngen mit hohem Drehmoment
Eine Zahnkupplung besteht aus zwei Naben mit jeweils außenliegenden Zahnrädern und einer Hülse mit passenden innenliegenden Zähnen. Bei einer Standardausführung mit balliger Verzahnung ist das Außenprofil jedes Nabenzahns nicht flach, sondern kugelförmig geformt. Diese Balligkeit ermöglicht es der Nabe, sich in der Hülse um bis zu 1,5 Grad zu neigen – bei hochbelasteten Ausführungen mitunter auch mehr –, während der volle Zahneingriff über eine breite Zahnbreite erhalten bleibt. Da die Zahnflanken bei Winkelverformung rollen statt Kantenkräften ausgesetzt sind, bleibt die Hertzsche Spannung innerhalb akzeptabler Grenzen und der Schmierfilm erhalten. Das Ergebnis ist eine Kupplung, die dauerhafte Winkelabweichungen aushält, axiale Verschiebungen durch Wärmeausdehnung absorbiert und kurzzeitige kombinierte Belastungen ohne Ermüdungsbruch übersteht. In einem TBM-Bohrkopfantrieb, bei dem drei, vier oder sogar sechs Motoren jeweils ein eigenes Planetengetriebe antreiben und jedes Getriebe die synchronisierte Drehzahl auf einer gemeinsamen Hauptwelle halten muss, ist diese Toleranz für Winkelabweichungen keine Komfortreserve, sondern eine betriebliche Notwendigkeit.
Die Schmierung bestimmt die Lebensdauer von Zahnkupplungen maßgeblich. Die meisten Zahnkupplungen für Tunnelbohrmaschinen (TBM) arbeiten mit Fettfüllung in einer abgedichteten Hülse. Eine Labyrinthdichtung oder ein O-Ring an der Endkappe verhindert das Eindringen der abrasiven, feuchten Atmosphäre unter Tage. Die Nachschmierintervalle müssen dem Wartungsplan der TBM entsprechen – typischerweise alle 300 bis 500 Betriebsstunden unter schwierigen Bodenbedingungen. Hochleistungsfähige Ausführungen verfügen über Öffnungen im Hülsenflansch, sodass die Schmierung unter Druck ohne Demontage der Kupplung erfolgen kann. Bei einem Tunnelbauprojekt der Birmingham Metro, wo der Zugang zur Rückseite der Schneidkopfgetriebe während einer Ringbaupause stark eingeschränkt ist, kann allein diese Funktion das Wartungsfenster um drei Stunden verkürzen.
Kernmaterialien in der Konstruktion von hochbelastbaren Zahnkupplungen
Die maximale Leistungsfähigkeit einer Zahnkupplung wird letztendlich durch die in der Konstruktionsphase getroffene Materialauswahl bestimmt. Bei TBM-Anwendungen – Umgebungen, die hohe zyklische Drehmomente, Vibrationen, Grundwasserinfiltration unter dem Gefrierpunkt und chemisch aggressiven Ton- oder Kreidestaub kombinieren – ist die Materialauswahl eine ingenieurtechnische Entscheidung mit direkten strukturellen Auswirkungen.
Chrom-Molybdän-Legierungsstahl (europäische Güte 42CrMo4, entspricht SAE 4140) bietet die für Nabenzähne unter zyklischer Biegebelastung erforderliche Kombination aus hoher Zugfestigkeit (typischerweise 900–1100 MPa nach dem Härten und Anlassen), guter Dauerfestigkeit und ausgezeichneter Durchhärtungsfähigkeit. Die Einsatzhärtung der Zahnflanken auf HRC 58–62 gewährleistet Oberflächenverschleißfestigkeit und erhält gleichzeitig einen zähen, duktilen Kern, der Stoßbelastungen durch plötzliche Drehmomentumkehr widersteht – ein realistisches Ereignis, wenn ein TBM-Schneidkopf in gemischtem Gebirge auf einen harten Gesteinseinschluss trifft.
Die Hülse trägt die Innenverzahnung und muss unter den kombinierten Biege- und Torsionsbelastungen des Volldrehmomentbetriebs formstabil bleiben. Einsatzstähle wie 20CrMnTi erreichen Einsatzhärtungstiefen von 0,8–1,6 mm und eine Oberflächenhärte von HRC 58–63, während eine Kernhärte von HRC 33–38 das strukturelle Rückgrat bildet. Dieses Härteprofil entspricht präzise der Lastverteilung über die Zahnflanke – hohe Härte in der Kontaktzone für Verschleißfestigkeit, weicherer Kern zur Energieabsorption. Flanschhülsen werden häufig als zweiteilige Halbschalen gefertigt, die mit hochfesten Präzisionsschrauben (Festigkeitsklasse 10.9) befestigt sind. Dies ermöglicht die Montage und Demontage ohne Beeinträchtigung der Wellenausrichtung.
O-Ring-Dichtungen und Labyrinthdichtungen müssen beständig gegen Grundwasserverunreinigungen, Fette mit Lithium- oder Calciumseifenbasis sowie gegen Temperaturschwankungen zwischen Umgebungstemperatur und der durch den Dauerbetrieb bei Nenndrehmoment entstehenden Wärme sein. Nitril-Butadien-Kautschuk (NBR) erfüllt die meisten Anforderungen im britischen Tunnelbau und ist für einen Temperaturbereich von -40 °C bis +120 °C geeignet. Enthält das Schmiermittel Ester- oder synthetische Basisöle, die aufgrund ihrer Hochdruckadditive ausgewählt wurden, werden Fluorkautschuk-Elastomer-Dichtungen (FKM/Viton) eingesetzt, um ein durch Quellung bedingtes Herausdrücken der Dichtung zu verhindern. Halteplatten aus Edelstahl 316L bieten Korrosionsbeständigkeit in der feuchten, salzhaltigen Umgebung, die typisch für Tunnel in Kreidegestein ist, wie sie beispielsweise in Südengland und entlang des Themsekorridors vorkommen.
Technische Kernvorteile von Zahnkupplungen in TBM-Anwendungen
Zahnkupplungen übertragen ein höheres Drehmoment pro Außendurchmesser als nahezu alle anderen flexiblen Kupplungstypen. Bei TBM-Hauptantrieben, deren radialer Bauraum durch das Hauptlagergehäuse begrenzt ist, wirkt sich dieser Dichtevorteil direkt auf die Konstruktionsrealisierbarkeit aus. Eine Zahnkupplung für eine TBM mit 6 m Durchmesser kann Spitzendrehmomente von über 2.500 kN·m übertragen und dabei in einen Bohrungskreis von 600–900 mm passen – etwas, das mit elastischen Scheiben- oder Klauenkupplungen gleichen Durchmessers unmöglich ist.
Die ballige Zahngeometrie ermöglicht eine dauerhafte Winkelabweichung von 0,5°–1,5° pro Kupplungselement, mit einer kurzzeitigen Toleranz von bis zu 2°. In einem TBM-Antriebsstrang, bei dem die Ausrichtung von Motor und Getriebe anfänglich auf 0,05 mm genau eingestellt ist, sich aber durch thermische Ausdehnung und bauwerksbedingte Verformungen verändert, verhindert diese integrierte Toleranz Lagerüberlastungszyklen, die andernfalls zu vorzeitigem Abplatzen der Hauptlager-Wälzkörper führen würden.
Da die Zahnradverzahnung im Wesentlichen torsionssteif ist, führen Zahnkupplungen nicht zu der Torsionsnachgiebigkeit, die elastomere Elemente in Antriebssystemen verursachen. Diese Steifigkeit ist ein Vorteil bei TBM-Anwendungen, wo frequenzgesteuerte Motoren eine präzise Drehzahlsynchronisation mehrerer paralleler Antriebe erfordern. Torsionsresonanz, ein Risiko bei Systemen mit hoher Rotationsmasse und nachgiebigen Kupplungen, wird effektiv eliminiert.
Moderne, gekapselte Zahnkupplungen mit Druckschmieranschlüssen ermöglichen Wartungsintervalle von über 2.000 Betriebsstunden in sauberen, kontrollierten Umgebungen und 300–500 Stunden in der feuchten, kontaminierten Atmosphäre eines aktiven Tunnelvortriebs. Die Möglichkeit der Schmierung ohne Demontage der Kupplung reduziert die geplanten Wartungsstillstandszeiten um bis zu 701 TP4T im Vergleich zu geteilten Zahnkupplungen, bei denen die gesamte Hülse ausgebaut und erneut geprüft werden muss.
Die Antriebe der TBM-Bohrkopfantriebe unterliegen zyklischen Drehmomentschwankungen bei jeder vollen Umdrehung des Bohrkopfes. Beim Eingriff und Auskuppeln der Schneidscheiben schwankt das Drehmoment um 15–401 TP4T (Mittelwert). Die Zahnkupplungen mit ihren balligen, einsatzgehärteten Zahnprofilen, die unter einem EHD-Schmierfilm arbeiten, sind für eine Dauerfestigkeit von über 10^8 Lastwechseln bei zulässigem Drehmoment ausgelegt. Damit erfüllen sie die für britische Infrastruktur-TBMs üblichen Lebensdauervorgaben von 30.000–50.000 Stunden.
Anwendungsszenario: Antriebseinheit für den Schneidkopf einer Tunnelbohrmaschine
Die Tunnelbohrmaschine stellt den extremsten Belastungszyklus in der Antriebstechnik dar. Die Bohrkopfdurchmesser bei britischen Infrastrukturprojekten reichen typischerweise von 3,5 m für Versorgungstunnel unter dem Verkehrsnetz von Sheffield bis zu 9,7 m für die großvolumigen Tunnel der Londoner Abwasserentlastungsanlagen und der Erweiterung der Wasserringleitungen. Unabhängig vom Maschinendurchmesser bleibt die grundlegende Antriebsarchitektur gleich: Mehrere frequenzvariable Elektromotoren – üblicherweise vier bis zwölf – treiben jeweils ein Planetengetriebe an. Das Planetengetriebe reduziert die Motordrehzahl (typischerweise 1450–2960 U/min) auf eine Zwischenwellendrehzahl im Bereich von 8–35 U/min und erzeugt so das erforderliche Bohrkopfdrehmoment an der Hauptwelle.
Zahnkupplungen befinden sich an zwei kritischen Stellen dieser Antriebsanordnung. Die Verbindung zwischen Motor und Getriebe muss die Wärmeausdehnung beider Komponenten aufnehmen und gleichzeitig das volle Nenndrehmoment des Motors übertragen, ohne dass ein Biegemoment auf die Motorwelle oder das Getriebeeingangsritzel übertragen wird. Bei einem Standardmotor mit 315 kW, der ein zweistufiges Planetengetriebe antreibt, beträgt das Nenndrehmoment des Motors an der Kupplung ca. 2.100 Nm bei 1.450 U/min – ein Wert, der problemlos im Bereich einer Zahnkupplung mit mittlerem Bohrungsdurchmesser liegt. Der Stoßfaktor durch den Motoranlauf und Unebenheiten im Untergrund erfordert jedoch einen Betriebsfaktor von mindestens 2,5 bei der Auswahl des Kupplungsdrehmoments. Die zweite Kupplungsposition, zwischen dem Abtriebsflansch des Planetengetriebes und dem Antriebsritzel des Hauptlagers, überträgt das volle verstärkte Drehmoment der Planetenstufe – im Bereich von 800–2.500 kNm, abhängig von der Maschinengröße – und muss gleichzeitig Fluchtungsfehler aufgrund von Setzungen der Bohrkopf-Tragkonstruktion während des kontinuierlichen Tunnelvortriebs ausgleichen.
Britische Bauunternehmen und Tunnelbauingenieure, die an Projekten wie dem Tideway-Tunnel in London, den Manchester Metrolink-Erweiterungen oder den Edinburgh Waverley-Tunneln arbeiten, stehen vor einer zusätzlichen Herausforderung: wechselnden Bodenverhältnissen. Die britische Geologie weist abrupte Übergänge auf – Kreide, Londoner Ton, Mercia-Tonstein, Karbonkalkstein und Sandstein können innerhalb eines einzigen Vortriebs angetroffen werden. Jeder Übergang führt zu einer sprunghaften Änderung des Ortswiderstands, die das Antriebssystem des Bohrkopfes ohne Blockieren oder Überlastung ausgleichen muss. Die Fähigkeit der Getriebekupplung, kurzzeitige Überlastspitzen zu übertragen (einige Ausführungen ermöglichen das 2,0-fache des Nenndrehmoments für kurzzeitige Überlastungen unter 30 Sekunden), bietet dem System einen Drehmomentpuffer, der ein Abschalten des Motors verhindert und die internen Komponenten des Planetengetriebes schont. Diese Eigenschaft wird insbesondere von Projektingenieuren spezialisierter Tunnelbauunternehmen in den Midlands und entlang der M62 geschätzt, wo die Daten der Baugrunduntersuchung oft unvollständig sind und geologische Überraschungen ein reales Betriebsrisiko darstellen.
Referenztabelle der technischen und Leistungsparameter des Produkts
Die folgende Tabelle enthält die wichtigsten technischen Parameter für Zahnkupplungen, wie sie in TBM- und Schwerlast-Industrieantrieben eingesetzt werden. Alle Drehmomentangaben beziehen sich auf die Nennwerte bei der angegebenen Winkelabweichung. Die Spitzenbelastbarkeit (Überlastung) erreicht typischerweise 150–2001 TP4T des Nennwerts für kurzzeitige Belastungen von maximal 30 Sekunden.
| Parameter | Leichte Ausführung (Motor-GBX) | Mittelschwere Ausführung (Ritzelantrieb) | Hochleistungsversion (Hauptwelle) |
|---|---|---|---|
| Nenndrehmoment (kN·m) | 0,5 – 25 | 25 – 500 | 500 – 5.000+ |
| Maximale Winkelabweichung | 1,5° | 1,0° | 0,5° – 1,0° |
| Höchstgeschwindigkeit (U/min) | Bis zu 3.600 | Bis zu 1.500 | Bis zu 250 |
| Bohrungsbereich (mm) | 20 – 160 | 80 – 400 | 200 – 900 |
| Nabenmaterial | 42CrMo4 / C45E | 42CrMo4 Q&T | 42CrMo4 / 34CrNiMo6 |
| Zahnoberflächenhärte | HRC 52 – 58 | HRC 58 – 62 | HRC 58 – 63 |
| Schmierstoffart | Fett abgedichtet | Fett / Ölnebel | Zwangsölung / -fettung |
| Betriebstemperaturbereich (°C) | -20 bis +100 | -20 bis +120 | -30 bis +130 |
| Axiale Verschiebung (mm) | ±1 – ±3 | ±2 – ±6 | ±4 – ±12 |
| Anwendbarer Standard | ISO 14691 / GB/T 7507 | ISO 14691 / DIN 740 | Kundenspezifikation / ISO 14691 |
Weitere industrielle Anwendungsszenarien, in denen Zahnradkupplungen hervorragende Leistungen erbringen
Obwohl der Antrieb des TBM-Schneidkopfes die anspruchsvollste Einzelanwendung darstellt, kommen Zahnkupplungen in einer Vielzahl von Branchen der britischen Schwerindustrie zum Einsatz. Stahlwalzwerke in Sheffield und Rotherham verwenden Zahnkupplungen in jeder Phase des Walzprozesses – vom Vorwalzgerüst über das Zwischenwalzgerüst bis zum Fertigwalzgerüst. Die Kombination aus hohem Walzdrehmoment, häufigen Richtungswechseln beim Vorwalzen und der thermischen Belastung bei der Warmumformung erfordert genau die oben beschriebenen Material- und Geometrieeigenschaften. In den Spezifikationen für Walzenantriebe werden routinemäßig Betriebsfaktoren von 2,5 bis 3,5 berücksichtigt. Diese spiegeln die Schwere von Walzwerksstörungen und die Kosten ungeplanter Stillstandszeiten in einer kontinuierlichen Produktionsumgebung wider.
In der Zement- und Zuschlagstoffindustrie – beides bedeutende Wirtschaftszweige in den Produktionszentren von Yorkshire und Lancashire – verbinden Zahnkupplungen die Hauptantriebsmotoren mit den Stirnradgetrieben von Horizontal- und Vertikalwalzwerken. Diese Anwendungen kombinieren ein sehr hohes Drehmoment mit extrem niedriger Drehzahl (1,5–5 U/min bei großen Rohrmühlen). Die Torsionssteifigkeit der Kupplung ist daher von Vorteil, da sie ein Verdrehen verhindert, das andernfalls zu Instabilitäten im Mahlkreislauf führen könnte. In der Schifffahrt und Offshore-Industrie, insbesondere in den Häfen von Glasgow, Hull und Southampton, werden Zahnkupplungen in Antriebswellen eingesetzt. Hier sind sowohl die Toleranz gegenüber Winkelabweichungen als auch die Fähigkeit, das anhaltende Drehmoment eines großen Diesel- oder Gasturbinenmotors über ein thermisch expandierendes Wellensystem zu übertragen, für einen zuverlässigen und wartungsarmen Schiffsbetrieb unerlässlich.
Die Energieerzeugung stellt in Großbritannien weiterhin einen bedeutenden Markt für hochbelastbare Zahnkupplungen dar. Gasturbinengeneratoren – sowohl in GuD-Kraftwerken als auch in Spitzenlastkraftwerken, die zunehmend in Verbindung mit Batteriespeichern eingesetzt werden – verwenden Zahnkupplungen, um die Turbinenabtriebswelle mit dem Getriebeeingang und den Getriebeausgang mit dem Generatorrotor zu verbinden. Die Betriebsbedingungen in dieser Position erfordern, dass die Kupplung der hohen Temperatur in der Nähe des Turbinenauslasses standhält, Nenndrehmomente des Generators von 500–3.500 kN·m überträgt und die signifikante Temperaturdifferenz zwischen Turbine und Generator beim Kaltstart oder bei schnellen Laständerungen ausgleicht. Zahnkupplungen, die nach EN/ISO-Normen für Gasturbinenanwendungen ausgelegt sind, verfügen typischerweise über labyrinthisch abgedichtete, ölgeschmierte Zahneingriffe und sind nach ISO 1940 Klasse G2.5 ausgewuchtet, um Vibrationen bei kritischen Rotordrehzahlen zu vermeiden.
Ever Power: Präzisionsentwicklung und kundenspezifische Lösungen für Getriebekupplungen in Tunnelbohrmaschinen und der Schwerindustrie
Ever Power betreibt eine spezialisierte Fertigungsanlage für Präzisionskupplungen mit CNC-Wälzfräsen, Profilschleifen, Koordinatenmessung und Wärmebehandlung unter einem Dach. Dieses integrierte Produktionsmodell ist die Grundlage unserer Fähigkeit, vollständig kundenspezifische Zahnkupplungen zu liefern – von der Konzeptzeichnung bis zum fertigen, geprüften Produkt – ohne auf Fremdvergabe für die Zahnradbearbeitung oder externe Wärmebehandlung angewiesen zu sein, wodurch unkontrollierte Qualitätsschwankungen entstehen würden. Britische Kunden aus den Bereichen Tunnelbau, Stahl und Energieerzeugung haben regelmäßig Leistungsanforderungen, die über die Standardkataloge hinausgehen: Ein TBM-Auftragnehmer benötigt beispielsweise eine Flanschhülse in zwei Lochkreisvarianten, die sowohl zum Flansch des Getriebeherstellers als auch zur Schnittstelle des Hauptlagerherstellers passen, mit engen Toleranzen beim Flanschrundlauf, die mit Standardkatalogteilen nicht erreicht werden können.
Die kundenspezifischen Anpassungsmöglichkeiten von Ever Power decken genau diese Situationen ab. Unser Konstruktionsteam prüft die Wellenzeichnungen, Übersetzungsverhältnisse, Drehmomentzyklen und Umgebungsbedingungen des Kunden, bevor es eine Kupplungsspezifikation vorschlägt. Zahnmodul, Zähnezahl, Balligkeitsradius, Bohrungsabmessungen, Keilwellengeometrie und Flanschbolzenmuster können innerhalb unserer Standardfertigungsgrenzen modifiziert werden. Die Zahnprofile werden auf 5-Achs-CNC-Zahnradschleifzentren gefertigt, die die Zahngenauigkeitsklasse DIN 3965 Klasse 6 erreichen – die für Zahnkupplungen mit Umfangsgeschwindigkeiten über 8 m/s in kritischen Antriebspositionen erforderliche Güteklasse. Das Profilschleifen eliminiert die durch die Durchhärtung entstehenden Verformungen und stellt sicher, dass die gelieferte Zahnform exakt der Konstruktionsvorgabe entspricht. Die Maßprüfung mit einem Zeiss Gear Pro Koordinatenmessgerät bestätigt Zahnprofil, Schrägungswinkel, Teilungsgenauigkeit und Oberflächenrauheit mit einer Wiederholgenauigkeit von besser als 0,002 mm, bevor ein Bauteil zur Montage freigegeben wird.
Für britische Tunnelbauunternehmen, die unter Zeitdruck arbeiten, ist die Zuverlässigkeit der Lieferkette ebenso wichtig wie die Produktqualität. Ever Power hält daher einen Sicherheitsbestand an Rohmaterialblöcken in den gängigsten Werkstoffgüten – 42CrMo4, 20CrMnTi und 34CrNiMo6 – vor, um Lieferverzögerungen durch die Materialbeschaffung zu vermeiden. Unsere Standardlieferzeit für kundenspezifische Zahnkupplungen im Drehmomentbereich von 50–500 kN·m beträgt 3–5 Wochen ab Zeichnungsfreigabe. Für dringend benötigte Ersatzteile bieten wir eine Expressfertigung mit einer Lieferzeit von 7–10 Tagen für bestätigte Bestellungen. Projektmanager in Großbritannien, die an aktiven Tunnelvortrieben arbeiten, wissen, dass diese Reaktionszeit entscheidend ist, wenn ein ungeplanter Kupplungsausfall die Einhaltung eines zeitkritischen Projekts gefährdet.
Ausgewählte Kupplungsprodukte von Ever Power
Die Schlangenfederkupplung der JSA-Serie bietet dank ihres ineinandergreifenden Schlangenfederelements hervorragende Stoßdämpfung und Torsionsflexibilität. Konzipiert für mittelschwere Industrieantriebe wie Förderanlagen, Kompressoren und Pumpen, gleicht die JSA-Serie radiale und winklige Fluchtungsfehler aus und schützt angeschlossene Geräte vor Stoßmomenten. Die geteilte Nabe ermöglicht eine einfache Montage auch in beengten Räumen – ein entscheidender Vorteil bei der Modernisierung von Anlagen in Großbritannien, wo der Zugang oft eingeschränkt ist. Erhältlich in verschiedenen Gittermaterialien und Federraten, passend zum jeweiligen Betriebszyklus Ihrer Anwendung.
Die Universalkupplung der SWC-Serie ist für Anwendungen konzipiert, bei denen eine signifikante Winkelabweichung zwischen den verbundenen Wellen dauerhaft und nicht nur vorübergehend auftritt. Dank des Kardangelenkprinzips mit präzisionsgefertigten Jochen und abgedichteten Nadelrollen-Kreuzstücken ermöglicht die SWC-Serie Schnittwinkel bis zu 35° und ist damit die optimale Lösung für Walzwerksspindelantriebe, Extruderantriebe und Materialfördersysteme, bei denen die Wellenparallelität nicht gewährleistet werden kann. Joch und Kreuzstück bestehen aus legierten Stählen mit einer auf das Nenndrehmoment und die Nenndrehzahl abgestimmten Oberflächenhärte. Verschiedene Bohrungsgrößen und Flanschkonfigurationen ermöglichen die direkte Austauschbarkeit mit bestehenden Anlagen.
Entlastungstunnel für die Abwasserentsorgung in Manchester: Vermeidung ungeplanter Ausfallzeiten durch präzisen Austausch von Zahnradkupplungen
Ein großes Tiefbauunternehmen mit Sitz in Manchester befand sich acht Wochen nach Baubeginn eines 2,4 km langen Entlastungstunnels für Abwasser unter den nördlichen Vororten der Stadt, als eine planmäßige Inspektion starken Verschleiß an der Getriebekupplung zwischen Motor und Antriebseinheit des dritten Antriebsaggregats eines Sechs-Motoren-Bohrkopfsystems aufdeckte. Die EPB-Tunnelbohrmaschine (Erddruckausgleich) mit 8,3 m Durchmesser arbeitete in einem Gemisch aus alluvialem und Sandstein. Vereinzelt auftretende harte Einschlüsse hatten Drehmomentspitzen verursacht, die weit über der ursprünglich spezifizierten Nennleistung der Kupplung lagen. Die verschlissene Kupplung wies messbares Spiel auf und verursachte Torsionsschwingungen, die den Lagerverschleiß sowohl am Antriebsmotor als auch an der Eingangsstufe des Planetengetriebes gefährdeten.
Das Projektteam kontaktierte Ever Power mit Wellen- und Flanschzeichnungen sowie einer detaillierten Beschreibung des Betriebszyklus. Unser Ingenieurteam überprüfte die ursprüngliche Spezifikation, berechnete den erforderlichen Betriebsfaktor anhand der tatsächlichen Bodenverhältnisse während des Vortriebs neu und empfahl eine verbesserte Kupplung mit 35%, erhöhtem Nenndrehmoment, einem angepassten Zahnflankenradius zur besseren Kompensation der gemessenen Winkelabweichung unter Last sowie FKM-Dichtungen anstelle der ursprünglichen NBR-Dichtungen, um den Einsatz des synthetischen Schmierstoffs an der Tunnelbohrmaschine zu ermöglichen. Die Ersatzkupplung wurde innerhalb von neun Werktagen nach Auftragserteilung gefertigt, wärmebehandelt, profilgeschliffen und maßgeprüft und für eine planmäßige Wartungspause zur Ringmontage nach Manchester geliefert.
Nach Installation und Neuausrichtung konnte die Antriebseinheit für die verbleibenden 1,6 km des Tunnelvortriebs ohne weitere Kupplungsprobleme wieder in Betrieb genommen werden. Die Abschlussprüfung bestätigte, dass der Zahnverschleiß der Ersatzkupplung innerhalb der ersten 151 TP4T der geplanten Lebensdauer lag, wodurch die überarbeitete Spezifikation validiert wurde. Das Projektteam meldete keine weiteren kupplungsbedingten Ausfallzeiten und führte die Einsparung von rund drei Wochen im Projektplan auf die rechtzeitige Identifizierung, Spezifikation und Lieferung der korrekten Ersatzkupplung zurück.
„Das von Ever Power für unsere Ersatzkupplung angegebene, überarbeitete Drehmoment erwies sich vom ersten Ring an als korrekt. Kein Spiel, keine Vibrationen, und wir konnten den Antrieb ohne weitere Kupplungsvorgänge fertigstellen. Das Ingenieurteam von Ever Power verstand anhand der von uns bereitgestellten Lastzyklusdaten genau, was in unserem Antriebsstrang vor sich ging.“
„Neun Werktage von der Bestellung bis zur Lieferung einer kundenspezifischen Kupplung sind wirklich beeindruckend. Andere Lieferanten hatten uns für dasselbe Bauteil Lieferzeiten von sechs bis acht Wochen genannt. Die Expressfertigung von Ever Power hat den entscheidenden Unterschied zwischen einer dreiwöchigen Verzögerung und einer geplanten Wartungspause von neun Tagen ausgemacht. Das ist die Realität im laufenden Geschäftsbetrieb.“
„Wir arbeiten bereits mit Ever Power an der Erneuerung der Zahnkupplungen für unsere Walzwerksspindelantriebe in Sheffield und nun auch für unsere Tunnelbaumaschinen. Die gleichbleibende Produktqualität – Verzahnungsgenauigkeit, Oberflächengüte, Dichtheit – ist der Grund, warum wir immer wieder auf ihre Produkte setzen. Ihre CMM-Prüfberichte gewährleisten die für unser Qualitätssystem notwendige Rückverfolgbarkeit, ohne dass wir Dokumente mühsam anfordern müssen.“
Häufig gestellte Fragen – Zahnkupplungen für TBM- und Schwerindustrieanwendungen in Großbritannien
Sind Sie bereit, die richtige Zahnkupplung für Ihr nächstes Projekt in Großbritannien auszuwählen?
Ob Sie eine Zahnkupplung für einen neuen TBM-Antrieb spezifizieren, verschlissene Kupplungen an einem aktiven Tunnelvortrieb in Birmingham oder Manchester ersetzen oder Ihren Walzwerksantrieb in Sheffield überprüfen möchten – das Ingenieurteam von Ever Power steht Ihnen mit technischer Unterstützung und einem detaillierten Angebot zur Seite. Teilen Sie uns Ihre Wellenzeichnungen, Drehmomentanforderungen und Projekttermine mit, und wir melden uns innerhalb eines Werktages bei Ihnen.
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