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antriebstechnik 12/2017

antriebstechnik 12/2017

KUPPLUNGEN UND BREMSEN

KUPPLUNGEN UND BREMSEN An der richtigen Stelle Rücklaufsperren für Förderbandanlagen optimal auswählen und montieren Werden Freiläufe als Rücklaufsperren eingesetzt, stehen diese ganz im Dienste der Betriebs- und Arbeitssicherheit. In den Antriebssystemen von Förderbandanlagen verhindern sie die Rückwärts- Bewegung der Bänder bei Wartungsarbeiten, in Notstopp-Situationen oder bei Stromausfällen. Thomas Heubach, Spartenleiter bei Ringspann, stellt im folgenden Beitrag einige Beispiele verschiedener Rücklaufsperren vor und erläutert, was bei deren Auswahl und Einbau zu beachten ist. 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 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 ver­ Dipl.-Ing. Thomas Heubach ist Spartenleiter bei der Ringspann GmbH in Bad Homburg schleißfrei 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. Sie werden auf der ersten oder mittleren Getriebewelle oder auf der Motorwelle installiert. An der Ausgangswelle eines Antriebsgetriebes hingegen reicht die Nenndrehzahl nicht aus, um die Ab hebefunktion zu aktivieren. Hier mon- 01 Kosten für Rücklaufsperren in % Der prozentuale Kostenaufwand variiert je nach Montageposition 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Trommelwelle tierte RLS nutzen daher hydrodynamische Ölfilme zur Verlängerung der Lebensdauer. Man bezeichnet sie als langsam laufende Rücklaufsperren. 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 findet hier anhand der verschiedenen Montagepositionen statt, an denen aber jeweils unterschiedliche Drehmomentanforderungen auftreten. Von Zweite Zwischenwelle RLS mit Drehmomentbegrenzung Zweite Zwischenwelle RLS Standard 28 antriebstechnik 12/2017

wesentlicher Bedeutung bei großen Förderanlagen mit mehreren Antrieben und Rücklaufsperren ist daher ein optimal abgestimmtes Lastverteilungssystem. Die korrekte Auswahl der RLS ist in diesem Fall eine komplexe Aufgabe. 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. Der prozentuale Kostenaufwand kann je nach Mon tageposition variieren. In dem hier zugrunde liegenden Beispiel ist eine RLS mit Klemmstückabhebung auf der zweiten Zwischenwelle des Getriebes etwa 90 % 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 emp fehlen 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 auf das dynamische Verhalten des Komplettsystems haben – etwa der Bandneigung und des Wirkungsgrads des Antriebs. 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. TorqueControl4.0 Zwei Sperren in der DRESP- Simulation Im Falle eines DRESP-Modells einer Einzelantriebs-Baugruppe, bei der eine schnelllaufende RLS mit Klemmstückabhebung auf der ersten Zwischenwelle des Getriebes montiert ist: Hier ist die Ab hebefunktion bei der Berechnung ihres Drehmoments zwar nicht relevant, allerdings beeinflusst die nichtlineare Verdrehsteifigkeit die Gesamtdynamik der Antriebsgruppe. Dieser Aspekt fließt mit ein in die Berechnung – ebenso wie alle anderen vorhandenen Trägheiten und Steifigkeiten. Im Fallbeispiel wirkt an der Fördertrommel ein Lastmoment ML von 650 000 Nm. Im Ausgangszustand dreht die Trommel mit einer Nenngeschwindigkeit von 26 U/min, alle anderen rotierenden Teile hingegen mit einer Geschwindigkeit entsprechend den Getriebeübersetzungen. Geht man von einem berechneten Abbremsen der Trommel und der daraus resultierenden Last in der RLS aus, so muss die Drehzahl der Fördertrommel langsam von der Nenndrehzahl zurück auf 0 U/min fallen und nach 19 s die RLS die Last halten. Dabei tritt in ihr ein Spitzendrehmoment von 91 000 Nm auf. Das System „pulsiert“ drei bis vier Mal, bevor es steht und die RLS das nominale Drehmoment des Lastmoments ML hält. Das Verhältnis zwischen Spitzen- und Nenndrehmoment liegt in diesem Beispiel bei 2,75. Das Spitzendrehmoment ist abhängig von den Steifigkeiten aller Komponenten. (Es kann höher ausfallen, falls

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