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Auswahl des richtigen Antriebssystems – Kosten und Leistung

Bei einem Antriebsumbau oder der Auslegung eines neuen Antriebssystems haben Anlageninstandhalter und Konstrukteure grundsätzlich drei breite Möglichkeiten:

Jedes hat seine eigenen Vor- und Nachteile, zusammen mit Kostenüberlegungen, die möglicherweise nicht sofort ersichtlich sind.

Rollenkettenantriebe

Gates-Antriebssystem

Die Popularität von Kettenantrieben beruht auf der Fähigkeit dieser Antriebe, hohe Drehmomentniveaus in einem kleinen Paket zu relativ geringen Kosten zu übertragen, während leicht verfügbare Lagerkomponenten verwendet werden. Während die Anschaffungskosten für Standard-Rollenkettenantriebe recht gering sein können, können die Kosten für die Wartung dieser Antriebe erheblich sein. Die richtige Wartung ist für eine optimale Leistung des Rollenkettenantriebs unerlässlich und umfasst die folgenden Kostenfaktoren:

Nach Schätzungen der Kettenindustrie verschleißen Rollenkettenantriebe, die ohne Schmierung arbeiten, etwa 300-mal schneller als vergleichbare Antriebe, die ordnungsgemäß geschmiert sind. Dennoch schätzen die Hersteller von Rollenketten, dass 90 bis 95 % aller verbauten Antriebe falsch oder gar nicht geschmiert sind. Die Bestimmung der Art der benötigten Schmiermethode ist eine wichtige Konstruktionsüberlegung mit eigenen Kostenauswirkungen. Ein ölrückhaltendes Kettengehäuse kann beispielsweise bis zu 75 % der Gesamtkosten des Kettenantriebssystems ausmachen. Neben der Schmierung sind die richtige Kettenradausrichtung und Kettenspannung entscheidend, um die Lebensdauer der Rollenkette zu verlängern.

Ein weiterer Wartungsfaktor mit Auswirkungen auf die Kosten ist der Austausch von Antriebskomponenten. Eine der größten Schwächen eines Rollenkettenantriebs ist der Kettenverschleiß, der zu Dehnungen oder Dehnungen führt. Hersteller empfehlen den Austausch der Rollenkette, wenn eine Dehnung von ca. 3% aufgetreten ist. Die meisten Rollenkettenhersteller empfehlen außerdem, die Kettenräder bei jeder neuen Rollenkette zu ersetzen, da der Metall-auf-Metall-Kontakt starken Kettenradverschleiß erzeugt. Die in der Rollenkettenindustrie veröffentlichten Leistungstabellen basieren auf einer theoretischen Auslegungslebensdauer von 15.000 Stunden unter der Annahme einer korrekten Antriebskonstruktion, Ausrichtung, Schmierung, Wartung usw., aber in einer typischen Betriebsumgebung erreicht die tatsächliche Antriebslebensdauer selten das Ideal. Ungeschmierte Rollenkettenantriebe, die unter rauen Bedingungen betrieben werden, können bis zu 100 Stunden oder weniger betragen.

Die Kosten für die oben genannten Wartungsanforderungen, addiert zu den Anschaffungskosten, entsprechen ungefähr den tatsächlichen Kosten eines Standard-Rollenkettenantriebs. Über die Kosten für Schmiermittel und den Austausch von Antriebskomponenten hinaus kommt jedoch der Arbeitsaufwand für das häufige Nachspannen, das ein Abschalten erfordert das Laufwerk herunterfahren, was zu Produktionsausfällen führt. Außerdem arbeiten Standard-Rollenkettenantriebe je nach Anwendung mit einem Wirkungsgrad von 91 % bis 94 %, sodass die Energiekosten berücksichtigt werden müssen.

Ungeachtet der Wartungs- und Energiekosten bieten Rollenkettenantriebe Konstrukteuren und Anwendern einige Vorteile gegenüber Keilriemen- oder Synchronriemenantriebssystemen:

1. Vielseitigkeit (Funktionszubehör kann hinzugefügt werden, um Produkte zu transportieren, Schalter auszulösen, Hebel zu betätigen usw.)

2. Möglichkeit, Ketten beliebiger Länge mit Verbindungsgliedern zu erstellen

3. Verfügbarkeit einer großen Auswahl an Ketten und Kettenrädern

Keilriemenantriebe

Keilriemenantriebe übertragen die Kraft durch Reibung zwischen Riemen und Riemenscheibe. Mit Wirkungsgraden von 95 % bis 98 % bei der Installation nutzen Keilriemenantriebe Energie effizienter als Rollenkettenantriebe und etwas weniger effizient als Synchronriemenantriebe. Keilriemenantriebe sind ein Industriestandard und bieten eine breite Palette von Größen zu relativ geringen Kosten, zusammen mit einfacher Installation und leisem Betrieb.

Keilriemen werden in einer Vielzahl von Materialien, Querschnitten und Verstärkungsmaterialien hergestellt und oft einzeln, in aufeinander abgestimmten Sätzen oder in verbundenen Konfigurationen verwendet. Sie eignen sich gut für Anwendungen mit hoher Beanspruchung, wie z. B. bei Stoßbelastungen und hohen Anlaufbelastungen. Standard-Keilriemenantriebe funktionieren am besten bei Anwendungen von 500 U/min oder mehr, Drehzahlverhältnissen von bis zu 6:1 und innerhalb eines begrenzten Betriebstemperaturbereichs von -40 Fahrenheit bis 130 Fahrenheit. Da Keilriemen bei Überlastung durchhängen, tragen sie dazu bei, teurere Geräte vor Laststößen zu schützen. Sie ermöglichen auch Flexibilität bei der Positionierung des Motors und der Last.

Bei geeigneter Anwendung reicht die Lebensdauer eines ordnungsgemäß installierten und gewarteten Keilriemenantriebs von 20.000 bis 25.000 Stunden. Die Komponenten eines einfachen Keilriemenantriebs sind relativ kostengünstig in Anschaffung, Installation, Austausch und Wartung. Nachdem sie ordnungsgemäß installiert und mit den empfohlenen Werten des Riemenherstellers gespannt wurden, erfordern diese Antriebe nur sehr wenig Wartung, mit Ausnahme des Nachspannens während des normalen Wartungsplans. Durch Riemenschlupf verlieren Keilriemenantriebe nach dem Einbau bis zu 5 % ihres Wirkungsgrades. Keilriemen dehnen sich während des Verschleißes aus, was den Schlupf verschlimmert, was die Effizienz um bis zu 10 % verringern kann, es sei denn, es wird regelmäßig nachgespannt. Verzahnte oder gekerbte Keilriemen können die Effizienz gegenüber Standardausführungen um 2 % steigern.

Synchronriemenantriebe

Synchronriemen arbeiten nach dem Zahn-Griff-Prinzip. Runde, quadratische oder modifizierte krummlinige Riemenzähne greifen in Rillen auf den Kettenrädern ein, um eine positive Kraftübertragung bei hohem Drehmoment mit hohen und niedrigen Geschwindigkeiten zu gewährleisten.

Die Komponenten eines Synchronriemenantriebssystems kosten in der Regel zunächst mehr als die eines vergleichbaren Standard-Rollenkettenantriebs oder Keilriemenantriebs. Im Gegensatz dazu haben Synchronriemenantriebe nicht den Wartungsaufwand wie bei Rollenkettenantrieben. Sie benötigen keine Schmierung und somit kein Schmiersystem, sondern nur eine grundlegende Sicherheitsabsicherung. Während Rollenketten häufig nachgespannt werden müssen und Keilriemen regelmäßig nachgespannt werden müssen, erfordert ein Synchronriemen normalerweise kein Nachspannen während der gesamten Lebensdauer des Riemens.

Um die Dehnung zu veranschaulichen, die bei einer Rollenkette auftreten kann, können die empfohlenen Achsabstandsspielräume für Riemenantriebe mit dem Achsabstandsspielraum verglichen werden, der für eine Rollenkette gleicher Länge erforderlich ist. Bei einer Länge von 100 Zoll können Rollenkette, Keilriemen und Synchronriemen wie folgt verglichen werden:

Rollenkette – Die Rollenkette verlängert sich während ihrer Lebensdauer um etwa 3″ (oder 3%) und erfordert eine Aufnahme des Achsabstands von etwa 1,5″.

Keilriemen – Ein Keilriemen benötigt je nach Querschnitt und Hersteller 1,5″ bis 2,5″ Achsabstand über seine Lebensdauer.

Synchronriemen – Ein Synchronriemen benötigt in der Regel nur 0,04″ Achsabstand über seine Lebensdauer, je nach Riementyp und Hersteller.

Ketten- und Kettenradverschleiß sind wesentliche Kostenfaktoren bei einem Rollenkettenantrieb. Synchronriemen und Kettenräder erfahren deutlich weniger Verschleiß. Bei einem Gates Poly Chain GT2-Antriebssystem zum Beispiel überdauert der Riemen eine vergleichbare Rollenkette in der Größenordnung von 3 zu 1, und die Kettenräder überdauern die Rollenkettenräder 10 zu 1.

Wie Rollenkettenantriebe sind Synchronriemenantriebe empfindlich gegenüber Fluchtungsfehlern und sollten nicht in Systemen verwendet werden, bei denen dies für den Antriebsbetrieb inhärent ist. Eine Fehlausrichtung führt zu ungleichmäßigem Riemenverschleiß und vorzeitigem Zugversagen aufgrund ungleicher Zugstabbelastung. Und obwohl ein Synchronriemen wie Poly Chain GT2 gegen Abrieb, Korrosion und die in der Lebensmittelverarbeitungs-/Lebensmittelverarbeitungsindustrie verwendeten Laugenabwaschlösungen beständig ist, ist er möglicherweise nicht für bestimmte stark korrosive Umgebungen geeignet, in denen eine Korrosionsbeständigkeitskette möglicherweise eine bessere Alternative ist .

Ein Irrglaube über Synchronriemen ist, dass sie für Serpentinenantriebe ungeeignet sind. Konstrukteure denken vielleicht, dass Rollenketten die einzige Option sind, wenn eine Last von beiden Seiten angetrieben werden muss; jedoch bieten doppelseitige Synchron-Gummiriemen wie Gates PowerGrip GT2 Twin Power viele der gleichen Kosteneinsparungsvorteile gegenüber Rollenketten wie ihre einseitigen Verwandten. Aufgrund ihres hohen Wirkungsgrades (bis zu 99 % kontinuierlich in einem Poly Chain GT2-Antriebssystem) können Synchronriemenantriebe auch die Energiekosten im Vergleich zu Rollenkettenantrieben senken, die normalerweise mit einem Wirkungsgrad von 91 bis 94 % arbeiten, oder Keilriemenantriebe, die bei richtiger Spannung mit einer Effizienz von 93-95% arbeiten.

Schlussfolgerung

Unter Berücksichtigung der Betriebskosten kann ein Synchronriemenantriebssystem kostengünstiger sein als ein vergleichbares Rollenketten- oder Keilriemenantriebssystem. Ein Gates Poly Chain GT2-Riemenantrieb (mit dem technisch fortschrittlichsten verfügbaren Synchronriemen aus einem Polyurethankörper und einer Aramidfaserverstärkung) kostet beispielsweise zunächst durchschnittlich 30 % mehr als ein vergleichbarer Standard-Rollenkettenantrieb. Es hat jedoch viele Kosteneinsparungsvorteile für Planwartungsmanager und Konstrukteure.

Auf dem MRO-Markt können Synchronantriebe die täglichen Betriebskosten erheblich senken und die Produktionsleistung im Vergleich zu Stillstandszeiten und Produktivitätsverlusten durch allzu häufige Wartung und Austausch von Rollenketten- und Keilriemenantrieben erhöhen. Konstrukteure von Antriebssystemen, die sich für einen Synchronantrieb wie das Gates Poly Chain GT2-Riemensystem entscheiden, können ihren Produkten einen Wettbewerbsvorteil auf dem Markt verschaffen, indem sie den Endbenutzern leistungsfähigere, langlebigere, sauberere, leisere und wartungsfreiere Produkte bieten Produkte, die zu deutlich geringeren Gesamtkosten betrieben werden.

Bei J/E sind wir ein autorisierter Distributor für Gates. Wir führen Produkte wie Riemen, Schläuche und Kettenräder. Wenn Sie Fragen zu einem unserer Produkte haben, besuchen Sie unsere Kontaktseite oder senden Sie uns eine E-Mail an [email protected]


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