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antriebstechnik 11/2017

antriebstechnik 11/2017

GETRIEBE UND

GETRIEBE UND GETRIEBEMOTOREN Wenn´s zu dynamisch wird … Neue Kupplungs-Anwendung als Schutz für Hubwerks-Antriebsstrang Auf modernen Container-Kranen kommt es immer häufiger zu Problemen mit der Dauerfestigkeit von Getrieben – ein Blick auf die Hintergründe zeigt, dass die Dynamik bei Hubwerken größer ist, als erwartet. Durch den Einsatz des neuen ISC-Hoist (Inertia Stress Compensating Hoist), eine neue Kupplungs-Anwendung von Malmedie, lassen sich zukünftig Probleme mit Getrieben vermeiden. Christof Lautwein ist Geschäftsführer und Christoph Wagener ist Head of Product Management; beide bei M.A.T. Malmedie Antriebstechnik GmbH in Solingen Für die Auslegung der Getriebe werden üblicherweise die gängigen Beschleunigungs- und Leistungsdaten der entsprechenden Hubwerke verwendet. Die Betreiber fordern aber gleichzeitig hohe Bremssicherheiten der einzelnen Bremskreise – Betriebsbremsen auf der Getriebe- Eingangswelle und Sicherheitsbremsen an der Seiltrommel, mit den daraus resultierenden kurzen Bremswegen. Im Normalbetrieb wirkt die Betriebsbremse nur als Haltebremse bei Motordrehzahl 0, die Sicherheitsbremse bleibt geöffnet und schließt nur im Notfall (Not-Aus, Überdrehzahl durch Getriebebruch, etc.). Somit entstehen keine dynamischen Überbeanspruchungen. Wenn am Hubwerk jedoch aufgrund von Überdrehzahlen, Not- Aus oder sonstigen Steuerungsfehlern Notbremsungen während des Senkvorgangs stattfinden, wirkt sich das Einfallen beider Bremskreise aufgrund der kurzen Verzögerungszeiten negativ auf die Lebensdauer der Getriebe aus. Konstruktionsbedingt fallen zuerst die Sicherheitsbremsen an den Seiltrommeln ein. Im Getriebe kommt es folglich zu einem Flankenwechsel aufgrund der rotierenden Massen der Motoren, Kupplungen und Getriebe. Die Summe der Flankenspiele und Axialspiele bewirkt nun eine freilaufende Winkelbewegung bis die Gegenflanken der Verzahnung ein Moment aufbauen können. Die noch vorhandene Massenträgheit (Rotationsenergie) schlägt mit enormer Kraft stoßartig in die Gegenflanken. Dieser Lastfall, welcher weit häufiger eintritt als bislang vermutet, beeinflusst entscheidend die Lebensdauer von Getrieben und Lagern. Wenn es sich um Schrägverzahnungen handelt, werden die Wälzlager zusätzlich stoßartig axial in Gegenrichtung belastet. Um die Überlastung 01 Die Abbildung zeigt eine Freilaufkupplung

Trommelgeschwindigkeit ω D in rad/s Getriebe 02 Die Grafik verdeutlicht eine Not-Aus-Stop-Bremsung 0 –2 Ohne Freilaufkupplung Mit Freilaufkupplung Mit Freilaufkupplung und M SB = 500kNm –4 –6 –8 –10 Eingriff Betriebsbremse Eingriff Sicherheitsbremse Motorabschaltung Trommelwinkel ϕ D in rad –12 –4 –3 –2 –1 0 03 Motor- Verriegelung Layout mit externer Freilauf- Kupplung und Motor-Lock an der B-Seite des Motors Bremse Motor Freilauf Kupplung Seiltrommel des Hubwerkgetriebes beim Lastfall Notbremsungen im Senksinne entscheidend zu beeinflussen, müssen die Schwungmassen (Rotationsenergie) der schnell laufenden Getriebeseite weggeschaltet werden. Reduzierung der Belastung möglich An einem Hubwerksgetriebe gibt es aufgrund der zu hebenden Lasten (Gravitation) nur eine Kraftrichtung. In der Regel benötigt man zum Heben und Senken zwei Drehrichtungen – beim Senken läuft zwar die Drehrichtung gleich zur Kraftrichtung, der Motor bremst jedoch die Last. Diese Zusammenhänge machen den Einsatz eines Freilaufes zwischen Motor und Getriebe möglich. Im Normalbetrieb ist der Freilauf immer geschlossen, wenn jedoch die Sicherheitsbremsen einfallen, öffnet der Freilauf durch die plötzliche Unterbrechung der Kraftrichtung und die schädlichen rotierenden Massen laufen frei, ohne die oben beschriebenen Auswirkungen auf das Getriebe und den Antriebsstrang. Im Getriebe laufen die verbleibenden Schwungmassen der Getriebewellen auf. Eine elasto-kinetische Simulation eines repräsentativen Hubwerks zeigt, dass die bis zu 7-fach höhere Belastung, bezogen auf das Nennmoment des Hubwerks, deutlich reduziert werden kann. Weil die rotierenden Massen der Motoren und Kupplungen mit Bremsscheiben nicht gebremst werden müssen, kann zusätzlich das Bremsmoment, bei gleichbleibendem Bremsweg, verringert werden. Da bei den heutigen frequenzgesteuerten Antrieben die betriebsmäßige Verzögerung von den Motoren übernommen wird, dienen die Betriebsbremsen seit geraumer Zeit nur als Haltebremse. Nur für eine Notbremsung wirken die Bremsen als Arbeitsbremse und übernehmen das Vernichten der Energie der rotierenden Massen. Hubwerkskonfigurierung verringert Wartungsaufwand Mit dem Einsatz der Freilaufkupplung (ISC- Coupling) kann in einem weiteren Schritt auf die Betriebsbremsen verzichtet werden. Stattdessen können mechanische Motorverriegelungen eingesetzt werden, die wartungsfrei sind und die schwebenden Lasten im Stillstand halten. Damit eine mechanische Redundanz vorliegt, können die Sicherheitsbremsen zweikreisig ausgeführt werden. Diese Hubwerkskonfigurierung wird „ISC-Hoist“ genannt und bietet sich vor allem bei Neubauprojekten an. In beiden Fällen werden die dynamischen Stöße im Antriebsstrang reduziert, da die maßgeblichen rotierenden Massen frei auslaufen können und nicht mit erheblicher Leistung gebremst werden müssen. Dies erhöht die Betriebssicherheit und verringert den Wartungsaufwand. www.malmedie.com

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