Rücklaufsperre

Rücklaufsperren für Förderbandanlagen optimal auswählen und montieren

| Autor / Redakteur: Dipl.-Ing. Thomas Heubach / Jan Vollmuth

Links im Bild eine schnelllaufende Rücklaufsperre (blau) mit Abhebefunktion, montiert auf der ersten Getriebewelle; rechts hingegen eine langsam laufende Rücklaufsperre an der Ausgangswelle des Antriebsgetriebes.
Links im Bild eine schnelllaufende Rücklaufsperre (blau) mit Abhebefunktion, montiert auf der ersten Getriebewelle; rechts hingegen eine langsam laufende Rücklaufsperre an der Ausgangswelle des Antriebsgetriebes. (Bild: Ringspann)

Werden Freiläufe als Rücklaufsperren eingesetzt, stehen sie ganz im Dienste der Betriebs- und Arbeitssicherheit. Doch welche Arten von Rücklaufsperren gibt es und was sollte bei deren Auswahl und Einbau beachten werden?

Wenn die Antriebssysteme von Förderbandanlagen oder Becherkettenförderern am Werk sind, geht es meist darum, Schüttgüter schnell und sicher aufwärts zu transportieren. Verständlicherweise eint alle Anlagenbetreiber hierbei der Wunsch nach einem problemlosen 24/7-Dauerbetrieb. Allenfalls zu Wartungszwecken oder in Notfällen sollen die Systeme anhalten. Rücklaufsperren (oder Bremsen) verhindern dann die Umkehrbewegung der Förderbänder – falls der Strom ausfällt oder der Motor abgeschaltet wird. Der Einbauort der Rücklaufsperren (RLS) richtet sich nach der Konstruktion einer Förderanlage. In kleinen und mittelgroßen Anlagen ist es üblich, sie direkt an den Motoren oder in den Getrieben zu platzieren. In großen Förderbandanlagen werden große RLS oft auf die Förderwelle zwischen Stehlager und Ausgangswelle des Getriebes montiert.

Schnell oder langsam laufender Freilauf

Bild 1: Links im Bild eine schnelllaufende Rücklaufsperre (blau) mit Abhebefunktion, montiert auf der ersten Getriebewelle; rechts hingegen eine langsam laufende Rücklaufsperre an der Ausgangswelle des Antriebsgetriebes.
Bild 1: Links im Bild eine schnelllaufende Rücklaufsperre (blau) mit Abhebefunktion, montiert auf der ersten Getriebewelle; rechts hingegen eine langsam laufende Rücklaufsperre an der Ausgangswelle des Antriebsgetriebes. (Bild: Ringspann)

Der normale Betriebsmodus einer Rücklaufsperre ist der Freilaufbetrieb. Eine Drehmomentübertragung tritt erst ein, wenn die Bandgeschwindigkeit von der nominalen Drehzahl auf Null zurückfällt. Daher sollten RLS im Normalbetrieb verschleißfrei laufen und eine möglichst hohe Lebensdauer erreichen. Aus diesem Grund nutzen verschleißfrei laufende RLS spezielle Klemmstücke mit Abhebefunktion. Die Klemmstückabhebung basiert auf der Wirkung der Fliehkraft. Rücklaufsperren dieser Machart bezeichnet man als schnelllaufend. Wie in Bild 1 (links) zu sehen, werden sie auf der ersten oder mittleren Getriebewelle oder auf der Motorwelle installiert. An der Ausgangswelle eines Antriebsgetriebes hingegen reicht die Nenndrehzahl nicht aus, um die Abhebefunktion zu aktivieren. Hier montierte RLS nutzen daher hydrodynamische Ölfilme zur Verlängerung der Lebensdauer. Man bezeichnet sie als langsam laufende Rücklaufsperren (Bild 1 rechts).

Moderne Förderbandanlagen arbeiten oft mit mehreren Antrieben, die sich in Phasen geringeren Energiebedarfs einzeln abschalten lassen und sich – beim Ausfall eines Antriebs – gegenseitig absichern. Die Auswahl der RLS erfolgt hier anhand der verschiedenen Montagepositionen, an denen aber jeweils unterschiedliche Drehmomentanforderungen auftreten. Von wesentlicher Bedeutung bei großen Förderanlagen mit mehreren Antrieben und Rücklaufsperren ist daher ein perfekt abgestimmtes Lastverteilungssystem. Die korrekte Auswahl der RLS ist in diesem Fall eine komplexe Aufgabe.

Bild 2: Der prozentuale Kostenaufwand variiert je nach Montageposition: Im hier zugrunde liegenden Beispiel ist eine schnell laufende RLS mit Klemmstückabhebung auf der zweiten Zwischenwelle des Getriebes etwa 90 Prozent günstiger als eine langsam laufende RLS auf der Fördertrommelwelle.
Bild 2: Der prozentuale Kostenaufwand variiert je nach Montageposition: Im hier zugrunde liegenden Beispiel ist eine schnell laufende RLS mit Klemmstückabhebung auf der zweiten Zwischenwelle des Getriebes etwa 90 Prozent günstiger als eine langsam laufende RLS auf der Fördertrommelwelle. (Bild: Ringspann)

Das dynamische Verhalten der RLS – insbesondere in Förderbändern mit Steigung – ist ein entscheidender Faktor für deren Auswahl. Dabei lässt sich anhand zahlreicher Analysen zeigen, dass die Montageposition einer RLS großen Einfluss hat, auf das geforderte Drehmoment – und auf die Gesamtbetriebskosten: Während sich die Drehmomentanforderung linear zu den Getriebeübersetzungen verhält, entwickeln sich die Kosten für die RLS weitgehend nicht linear. Wie in Bild 2 zu sehen, variiert der prozentuale Kostenaufwand je nach Montageposition erheblich. In dem hier zugrunde liegenden Beispiel ist eine RLS mit Klemmstückabhebung auf der zweiten Zwischenwelle des Getriebes etwa 90 Prozent günstiger als eine langsam laufende RLS auf der Fördertrommelwelle. Die schnelllaufende Ausführung ist also wirtschaftlicher; zudem sichert die Klemmstückabhebung ihren verschleißfreien Betrieb und eine lange Lebensdauer.

Förderanlagen mit Einzelantrieben

Betrachten wir zunächst den Fall der Standardauswahl einer RLS für ein System mit einem Einzelantrieb: Hierzu muss wegen der nichtlinearen Torsionfedercharakteristik der Klemmelemente (in der RLS) im Moment der Drehmomentübertragung und wegen des dynamischen Verhaltens aller übrigen Elemente im Antriebsstrang ein Auswahlfaktor bestimmt werden. Je nach Anforderung empfehlen die RLS-Hersteller einen Faktor zwischen dem 2,6- und 3,5-fachen des maximalen Drehmoments einer RLS. Dieser Wert ist konservativ angesetzt und von einigen Variablen abhängig, die großen Einfluss haben auf das dynamische Verhalten des Komplettsystems – etwa der Bandneigung und des Wirkungsgrads des Antriebs.

Ergänzendes zum Thema
 
Die wichtigsten Fakten über Rücklaufsperren auf einen Blick

Moderne Analyseprogramme wie DRESP für Torsionsschwingungen – entwickelt von der deutschen Forschungsvereinigung Antriebstechnik (FVA) – erlauben es inzwischen, den Prozess eines kompletten Antriebssystems mit allen realen Trägheiten, Steifigkeiten und Übersetzungen zu simulieren. Damit ist es auch möglich, Kräfte, Drehmomentkennlinien und spezifische Auswirkungen auf die Berechnungsmodelle anzuwenden.

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