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antriebstechnik 12/2017

antriebstechnik 12/2017

KETTEN, RIEMEN & CO. I

KETTEN, RIEMEN & CO. I SPECIAL Die richtige Spannung zählt Regelmäßige Wartung erhöht die Lebensdauer von Antriebsriemen Nur ein optimal gespannter Antriebsriemen erreicht seine maximale Lebensdauer. Ebenso vermeidet er frühzeitige Lagerschäden. Mit regelmäßigen Überprüfungen beugt man Motorund Riemenschäden effektiv vor. Ein Messgerät liefert hierfür zuverlässige und dokumentierbare Ergebnisse. Sowohl der Elektromotor als auch der Antriebsriemen sind für den Maschinenbau und die industrielle Produktion unentbehrlich. Fällt ein Elektromotor aus, verursacht dies häufig erhebliche Kosten. Zudem werden im Zuge der fortschreitenden Automatisierung immer mehr Arbeiten von Robotern erledigt. Deren Antrieb im Roboterarm besteht oft aus Schrittmotoren mit Zahnriemen, um die Kraft von einem Armsegment zum anderen zu übertragen. Die dreidimensionalen Verfahrwege des Roboters, seine Knick- und Rotationsbewegungen erfordern hochgenaue und äußerst robuste Kraftübertragungen am Antrieb. Neben dem Schrittmotor muss auch der Zahnriemen hohen Ansprüchen gerecht werden: synchrone Drehzahlübertragung mit hohem Drehmoment sowie große Beschleunigungswerte ohne Spiel. Vor allem darf es nicht zu einem Überspringen der Zähne kommen. Die Voraussetzung hierfür sind präzise Zahngeometrien, eine hohe Zahntragfähigkeit und geringe Dehnbarkeit des Riemens. Die hohe Genauigkeit des Antriebes kann nur gewährleistet werden, wenn die Riemenspannung optimal und präzise eingestellt wird. Generell ist die Zuverlässigkeit von Riemenantrieben sehr hoch. In der Regel wird eine Lebensdauer erreicht, die ande- David Jaap ist Technical Sales Industrial Electronics and Vibration Technology bei der Hilger u. Kern GmbH in Mannheim ren Antrieben mit Rädergetrieben in nichts nachsteht, und dies ohne Wartung. Dennoch können Riemenausfälle entstehen, etwa wenn das Dimensionieren der Riemen und das Aufstellen der Anlage nicht fachgerecht ausgeführt wurde. Antriebsriemen können frühzeitig verschleißen, wenn die Vorspannung des Riemens nicht korrekt eingestellt ist: n Geringe Vorspannung: Riemen schwingen, flattern oder Riemenzähne werden übersprungen. n Zu hohe Vorspannung: hoher Verschleiß von Zahnriemenflanken. Überlastung führt zu Lagerschäden Der Ausfall eines Elektromotors kann viele Ursachen haben. Diese reichen von Überspannung im Elektronetz, Überlastung und zu geringer Kühlung über eine nicht lineare Wellenausrichtung bis hin zu Drehmomentstößen oder Überdrehzahl. Laut einer Statistik des Berufsverbandes IEEE stellen Lagerschäden mit einem Anteil von 51 % Prozent die häufigste Ausfallursache dar. Häufiger Grund hierfür ist die radiale Überlastung der Welle in Riemenantrieben. Bei der Montage von Antriebsriemen sollte deshalb genau auf die richtige Einstellung der Zugkraft geachtet werden. Eine zu hohe Zugkraft führt zu Wälzlagerschäden, eine zu weiche Einstellung kann ein zu hohes Spiel in der Synchronübertragung erzeugen oder sogar ein Überspringen des Zahnriemens zur Folge haben. Wälzlagerhersteller definieren in der Regel in einem Datenblatt des Lagers eindeutig die maximal zulässige Radialbelastung. Um Lagerschäden vorzubeugen, sollte bei der Inbetriebnahme des Riemenantriebs die Spannung gemessen und die zulässige Radialkraft auf das Wälzlager berechnet werden. Riemenspannung messen Schnell und einfach lässt sich die Riemenspannung mit dem von Hilger u. Kern Industrietechnik entwickelten Trummeter messen, sowohl bei Inbetriebnahme eines neuen Riemenantriebs als auch bei regelmäßigen Wartungen. Die Messung der Vorspannkraft erfolgt so: Zunächst wird der Antriebsriemen durch Anschlagen in Eigenschwingung versetzt. Dann wird er mit getaktetem LED-Licht angeleuchtet und die Messung wird durchgeführt. Das Trummeter ermittelt die Eigenfrequenz des Zahnriemens und rechnet den Wert wahlweise in Hertz (Frequenz), Newton (Zugkraft) oder Pound-force um. Zur Beurteilung des Messergebnisses wird dieser Wert mit dem Soll- Wert der Riemenspannung verglichen. Lieferanten von Riemenantrieben geben diesen Soll-Wert für die Riemenspannung als Eigenfrequenz in Hz oder als Trumkraft in N vor. Der Soll-Wert ist immer abhängig von den Eigenschaften des Antriebs. In der Technik wird der Trum als die freie Länge eines Riemens zwischen zwei Auflagepunkten definiert. Es handelt sich bei 52 antriebstechnik 12/2017

der Trumkraft um die Kraft, die den Riemen spannt. Sie lässt sich mit dem Trummeter ermitteln. In Lehrbüchern des Maschinenbaus wird der Trum als ein Teil oder Zweig eines laufenden Zugstrangs definiert. Er bezeichnet genau genommen den Teil einer Anordnung, der von einem zentralen Ort weg- oder zu ihm hinführt. In einem Riemengetriebe ist ein Trum der freie, nicht aufliegende Riemenabschnitt. Die Begriffe Riementrumkraft, Trumspannung und Trumkraft bezeichnen die gleiche Größe. Sie sind ebenfalls gleichzusetzen mit der Riemenspannung, Riemenzugkraft, Riemenvorspannkraft und Riemenspannkraft. Zur Berechnung der Trumkraft müssen in das Trummeter die Riemenmasse und -länge eingegeben werden (bei der Messung der Riemenfrequenz in Hz ist dies nicht notwendig). Die Riemenmasse kann einer Tabelle entnommen oder errechnet werden, indem man den Riemen wiegt und auf einen Meter umrechnet. Das Trummeter zeigt die Kraft in Newton an, indem es die Eigenfrequenz misst und das Messergebnis in diese Formel einfügt: (1) m = Riemenmasse L = Trumlänge f = Eigenfrequenz 01 Ausfallursachen von Motoren Ausfallursachen von Motoren Um das Messergebnis des Trummeters richtig zu beurteilen, wird der Ist-Wert der Trummeter-Anzeige im nächsten Schritt mit dem Soll-Wert, der optimalen Riemenspannung, verglichen. Der Soll-Wert, mit dem der Riemen optimal eingestellt bzw. gespannt werden soll, kann auf drei Wegen ermittelt werden. n Berechnung der notwendigen Riemenspannung durch den Maschinenkonstrukteur: Dieser legt den Sollwert im Zuge der Auslegung der Riemen und Wälzlager fest. n Empirische Bestimmung: dies bietet sich vor allem bei älteren Maschinen an. Ein erfahrener Mitarbeiter, der die Maschinen kennt und richtig einstellen kann, nimmt die optimale Einstellung vor. Danach wird der Soll-Wert gemessen und für alle zukünftigen Riemenspannungseinstellungen notiert. n Kalkulation des Soll-Werts am PC: dazu liegt jedem Trummeter ein PC-Berechnungsprogramm bei. Dieses fragt die Antriebsdaten ab und berechnet automatisch die optimale Riemenspannung in Newton. Soll-Wert der Riemenspannung berechnen Falls keine Angaben über den Soll-Wert der Trumkraft eines Riemenantriebes vorliegen, kann die Trumkraft bzw. die optimale Riemenspannung auch mit den folgenden Formeln berechnet werden. Die Gültigkeit beschränkt sich dabei auf zwei Wellen antriebe und ist demzufolge nicht für Transport riemen gültig. Für Zahnriemen und Keil riemen gibt es jeweils eine eigene Formel. ■ Kupplung ■ Rotor ■ Unbekannt ■ Extern ■ Wicklung ■ Lager [GESCHLOSSENLEBE NSMITTELKONFORM ] was man kaum sieht 2 % 5 % 10 % DER BRECOprotect 51 % 16 % Beste Zahnriemenqualität aus Porta Westfalica, verbaut in Ihrer Anlage. Das ist Bewegung. 16 % Quelle: PROCESS/ABB/IEEE Petro-Chemical Paper PCIC-94-01

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