Am seidenen Faden

Überlastkupplungen - Die Sicherheitskupplung nimmt die Angst vor Überlast. Zwischen Motor und Getriebe begrenzt sie das Drehmoment auf den eingestellten Wert und schützt so Getriebe und Motor vor Überlastschäden. Wie zuverlässig funktioniert solch eine mechanische Lösung in Austragspumpen für synthetische Fasern?

04. Juli 2005

Bei der Produktion von Chemiefasern darf nichts am sprichwörtlichen ›seidenen Faden hängen‹. Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit müssen rund um die Uhr sichergestellt sein. Ein führender Hersteller von großen Austragpumpen und Anbieter kompletter Antriebseinheiten sichert deshalb Getriebe und Pumpen durch mechanische Sicherheitskupplungen von mayr Antriebstechnik ab. Sie begrenzen bei Überlastungen das Drehmoment und verhindern so Schäden und kostspieligen Stillstand.

In Anlagen zur Herstellung von Chemiefasern wird heiße Kunststoffschmelze durch lange Rohrleitungen vom Reaktor über eine große Austragpumpe und dazwischen geschaltete Druckerhöhungspumpen zum Spinnbalken gefördert. Dort pressen kleine Spinnpumpen die Kunststoffschmelze exakt dosiert aus den Spinndüsen. An der kalten Luft erstarrt die Schmelze sofort zum synthetischen Faden.

Die Pumpe hinterm Reaktor

Die Austragpumpe hinter dem Reaktor muß mit einem hohen Drehmoment angetrieben werden, um einen Druckverlust der zähfließenden Kunststoffschmelze in den langen Rohrleitungen zu kompensieren und die Leitungswiderstände zu überwinden. Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit sind bei solchen Pumpen oberstes Gebot. Sie sind meistens rund um die Uhr im Einsatz. Stillstände würden immense Produktionsausfallkosten verursachen.

Eine solche Austragpumpe, die GVS12H von der Firma Barmag, hat zum Beispiel ein spezifisches Fördervolumen von 12.800 cm³ pro Umdrehung und wird im Normalfall mit 20 bis 33 Umdrehungen pro Minute betrieben. Dies entspricht im Maximalfall einer Produktionsleistung von circa 700 Tonnen pro Tag bei einer üblichen 24-Stunden-Produktion. Barmag liefert diese Großpumpe in der Regel nicht als Einzelkomponente, sondern integriert in einen kompletten Antriebsstrang, der aus Motor, Getriebe und Pumpe besteht. Das Getriebe mit einem Eingangsdrehmoment von 2.200 Nm hat eine Nennleistung von 287 kW. Durch die Übersetzung 37:1 ergibt sich ein Ausgangsdrehmoment von 80.000 Nm. Eine Gelenkwelle überträgt dieses Drehmoment zur Pumpe. Zum Schutz der Getriebezahnräder und der Pumpe selbst wurde im Antriebsstrang zwischen Motor und Getriebe eine EAS-Überlastkupplung eingebaut, die das Drehmoment exakt auf den eingestellten Wert begrenzt und so bei Überlastung Getriebe und Austragpumpe vor teuren Schäden und Ausfallzeiten bewahrt. Zusätzlich gleicht diese EAS-Freischaltkupplung Größe 8, Type 435.504.5XSO in ATEX-Ausführung Wellenverlagerungen zwischen Motor und Getriebe aus. Überlastungen im Getriebe können entstehen, wenn beispielsweise die Kunststoffschmelze nicht genügend aufgeheizt ist und die Pumpe blockiert. In einem solchen Fall rastet die Sicherheitskupplung aus und trennt Motor und Getriebe restmomentfrei.

EAS-Freischaltkupplungen rasten nicht automatisch wieder ein. Sie bleiben getrennt, bis sie von Hand oder über mechanische beziehungsweise hydraulische Vorrichtungen wieder eingerastet werden. Die in den rotierenden Massen gespeicherte Energie kann frei auslaufen. Freischaltkupplungen verkraften somit nach dem Ansprechen relativ lange Auslaufzeiten des Antriebes. Bei der Definition der zulässigen Auslaufzeit wird eine mögliche Lagererwärmung in Ex-Anwendungen mit bewertet. Daher ist es sinnvoll, nach dem Ausrasten der Kupplung den Antrieb abzuschalten und stillzusetzen. Das dazu erforderliche Signal kann ein mechanischer oder berührungsloser Endschalter liefern, der den Schaltzustand der Kupplung permanent überwacht. Aus folgenden Gründen werden Freischaltkupplungen in leistungsstarken Antrieben häufig bevorzugt. Schläge auf den gesamten Antrieb, wie sie bei rastenden Kupplungen üblich sind, werden vermieden. Außerdem haben freischaltende Überlastkupplungen bauartbedingt eine sehr hohe Lebensdauer. Das ist ein entscheidender Vorteil bei Austragpumpen, da jede Komponente im Antriebsstrang bei Versagen zum Stillstand der Pumpe führen würde. Üblicherweise kommen diese Austragpumpen in der Polymerproduktion zum Einsatz. Hier werden Polymere wie zum Beispiel Polyester, Polyamid, Polypropylen oder Polystyrol verarbeitet. Zu den Produktionsbetrieben zählen zum einen Direktspinnereien, die textile Fäden erzeugen. Diese Fäden werden dann beispielsweise zur Weiterverarbeitung in die Textilindustrie gebracht. Zum anderen gehören aber auch namhafte Polymerhersteller zu den potentiellen Abnehmern von Austragpumpen. Diese Unternehmen verarbeiten das hergestellte Polymer zu Granulat (Chips). Kleinere Produktionsbetriebe kaufen diese Granulate und schmelzen sie zur Weiterverarbeitung in Extrudern wieder auf.

Sicherheitskupplungen von mayr Antriebstechnik schützen Maschinen und Anlagen in allen Bereichen der kunststoffverarbeitenden Industrie. Zuverlässiger Überlastschutz, den meist nur eine mechanische Überlastkupplung bieten kann, ist hier besonders wichtig, da solche Maschinen und Anlagen oft rund um die Uhr und hart am Limit ihrer Leistungsfähigkeit betrieben werden. Elementkupplungen werden zum Beispiel in Stahl- und Walzwerken, im Bergbau, in Schaufelradbaggern, Turbinen, Schleusenantrieben, und Extrudern eingesetzt.

Hermann Bestle, mayr Antriebstechnik

Erschienen in Ausgabe: 05/2004