Expertenrat zur Wellenausrichtung bei Hochleistungs-Förderantrieben

Die Wellenausrichtung gewinnt kritische Bedeutung, wenn es um Motoren mit hoher Leistung geht. Schon die geringste winklige Fehlausrichtung oder laterale Versatz führt zu Vibrationen, beschleunigtem Verschleiß und im schlimmsten Fall zu einem katastrophalen Ausfall.

Dies ist besonders bei den Schwerlastförderern relevant, die im Bergbau, in Steinbrüchen und anderen Schüttguttransportanwendungen eingesetzt werden. Diese Förderer befördern schwere Lasten über lange Strecken und können hohe Geschwindigkeiten erreichen. Eine Fehlausrichtung zwischen Motor, Getriebe und Förderertrommel führt zu kostspieligen Stillstandzeiten und kann sogar eine Sicherheitsgefahr darstellen.

Ausrichtungsfreie Antriebssysteme werden als Lösung für dieses Problem beworben. Sie sind jedoch nicht in jeder Situation geeignet. Hier ein Blick auf ihre Stärken und Schwächen sowie eine Diskussion darüber, wann ein Sockelmontage-Antrieb die bessere Wahl sein könnte.

GRUNDLAGEN SCHWERLAST-FÖRDERANTRIEBSSYSTEME

Die drei Elemente umfassen einen Motor, ein Getriebe oder einen Drehzahlreduzierer sowie eine Kupplung. Der Motor erzeugt die Rotation, das Getriebe verringert die Drehzahl bei gleichzeitiger Drehmomenterhöhung, und die Kupplung verbindet die Getriebeausgangswelle mit der Förderertrommelwelle.

Einige wichtige Punkte zu beachten:

• Motoren werden zunehmend über Frequenzumrichter (VFDs) angetrieben. Ein VFD bietet mehr Kontrolle über die Drehzahl und einen effizienteren Betrieb.
• Getriebe/Reduzierer werden sowohl in rechtwinkliger als auch in parallelversetzter Ausführung gefertigt.
• Schwerlastförderer nutzen häufig Flüssigkeitskupplungen, da diese Trägheit und Anlaufbelastungen reduzieren.
• Motoren, Reduzierer und Flüssigkeitskupplungen benötigen Kupplungen, um ihre Wellen mit denen der anderen Systemkomponenten zu verbinden. Dies sind entweder Flanschkupplungen, Taper-Buchsen oder Schrumpfscheiben-Konstruktionen.

AUSRICHTUNGSFREI ODER SOCKELMONTAGE: WAS IST DER UNTERSCHIED?

Wenn die Antriebswelle nicht präzise mit der Trommelachse ausgerichtet ist, variieren die auf die Trommelwelle wirkenden Kräfte während der Drehung. Dies verursacht Vibrationen, raschen Lagerausfall und kann sogar Wellen abscheren, insbesondere wenn Motor hohes Drehmoment und Leistung liefert.

Eine Lösung besteht darin, Motor und Reduzierer auf einem festen Sockel, typischerweise einem gegossenen Betonfundament, zu montieren und die Achsen präzise miteinander und mit der Trommelwelle auszurichten. Dies ist ein zeitaufwändiger Prozess, der Präzisionsmessgeräte und beträchtliches Fachwissen erfordert.

Die Alternative besteht darin, den Reduzierer direkt auf der Trommelwelle zu montieren und den Motor am Reduzierer, wobei die Flüssigkeitskupplung an einer geeigneten Stelle im System eingefügt wird.

Dieser letztere Ansatz, die direkte Montage auf der Trommelwelle, wird als ausrichtungsfrei bezeichnet. Der Punkt ist, dass keine Ausrichtung erforderlich ist, da diese durch die Wellen selbst gewährleistet wird.

AUSRICHTUNGSFREIE ANTRIEBSKONFIGURATION

Ein ausrichtungsfreies Antriebssystem verwendet fast immer ein rechtwinkliges Getriebe. Dies positioniert den Motor neben dem Förderer, anstatt dass er in einiger Entfernung vom Band hervorsteht.

Ein Nachteil der ausrichtungsfreien Konfiguration ist, dass Reduzierer und Motor von der Trommelwelle abgehängt sind. Folglich muss eine gehängte Last bei der Dimensionierung der Trommelwelle berücksichtigt werden. Zudem muss ein Drehmomentstützarm in ausrichtungsfreien Antriebssystemen enthalten sein, um zu verhindern, dass sich die Antriebseinheit um die Trommelwelle dreht. Ein Drehmomentstützarm verbindet den Reduzierer mit dem Fördererrahmen.

In manchen Situationen ist dieser Drehmomentstützarm starr am Reduzierer und am Fördererrahmen montiert. Häufiger jedoch weist die Verbindung eine gewisse Nachgiebigkeit auf, um Unwuchten in der Trommelwelle auszugleichen.

Eine wichtige Überlegung beim Entwurf eines ausrichtungsfreien Antriebs ist zu wissen, ob der Motor jemals umgepolt wird. Falls dies der Fall ist, wirkt das Drehmoment in entgegengesetzter Richtung, und die meisten Arten von Drehmomentstützarmen, wie Spindeln, geben unter Drucklast nach. Um dem entgegenzuwirken, werden Antriebe, die in beide Richtungen laufen, üblicherweise mit zwei Drehmomentstützarmen ausgestattet.

STÄRKEN AUSRICHTUNGSFREIER ANTRIEBE

• Fehlausrichtungsprobleme werden vermieden, was schnellen Verschleiß, Ermüdung und sogar katastrophale Ausfälle verhindert
• Begrenzte Vor-Ort-Arbeiten vor der Installation erforderlich
• Einfach zu installieren
• Minimiert den Platzbedarf für den Antrieb (ein besonders attraktives Merkmal an beengten Orten wie Untertagebergwerken)
• Minimaler Energieverlust im Antriebsstrang (daher sehr effizient)
• Einsatz sowohl in Tagebau- als auch in Untertageförderanwendungen

BESCHRÄNKUNGEN AUSRICHTUNGSFREIER ANTRIEBE

Ausrichtungsfreie Systeme sind auf Motoren unter 600 PS (ca. 447 kW) begrenzt. Darüber hinaus werden Drehmoment und Masse zu groß für eine Wellenmontage.

SOCKELMONTIERTE ANTRIEBSKONFIGURATION

Bei diesem Aufbau werden Motor und Reduzierer auf einem Betonsockel montiert. Es muss sichergestellt werden, dass die beiden Einheiten präzise ausgerichtet sind. In manchen Bergbaugebieten können sockelmontierte Antriebe eine parallele oder rechtwinklige Konfiguration verwenden.

Der Ausgang des Reduzierers, der vom parallelversetzten Typ sein kann, wird mit der Trommelwelle verbunden. Dies kann eine direkte, verzahnte Verbindung über den Reduzierer oder über Riemen erfolgen. Typischerweise ist der Sockel seitlich versetzt zum Förderer oder darunter angeordnet, anstatt den Antrieb durch eine 90°-Wendung zu führen.

STÄRKEN SOCKELMONTIERTER SYSTEM

• Es gibt keine Begrenzung für die Motorgröße. Sockelmontage wird immer verwendet, wenn Motoren die NEMA-Größen überschreiten.
• Gut für Tagebauanwendungen, wo Platz kein Problem darstellt

BESCHRÄNKUNGEN SOCKELMONTIERTER SYSTEM

• Bietet mehrere Punkte für Fehlausrichtung
• Erfordert umfangreiche Vor-Ort-Vorbereitungen vor der Installation
• Benötigt sorgfältige und damit zeitaufwändige Installation
• Intensivere Wartung – Laserausrichtung, Komponentenaustausch

AUSWAHL DES ANTRIEBSSYSTEMS

Ein wesentlicher Aspekt der Förderanlagenplanung ist die Motor- und Reduzierer-Antriebskonfiguration.

Der ausrichtungsfreie Stil ist tendenziell die Standardwahl, da er kompakter und schneller zu installieren ist. Sein großer Nachteil ist jedoch die Begrenzung auf Motoren von 600 PS und weniger. Für größere Antriebssysteme bleibt keine Wahl als ein Sockelmontage-Layout, trotz Platz- und Zeitnachteile.

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Seit über 30 Jahren konstruieren wir Schwerlastfördersysteme für Minen, Steinbrüche und andere anspruchsvolle Umgebungen. Lange genug, um zu lernen, dass keine zwei Systeme gleich sind.

Während ausrichtungsfreie Antriebe oft die offensichtliche Wahl erscheinen, kann Ihre Anwendung einzigartige Eigenschaften aufweisen, die einen Sockelmontage-Ansatz rechtfertigen. Alternativ, selbst wenn Sockelmontage der einzige Weg zu sein scheint, einen Förderer anzutreiben, kann unsere Erfahrung eine Alternative aufzeigen.

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