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antriebstechnik 7/2019

antriebstechnik 7/2019

SPECIAL: HEAVY DUTY

SPECIAL: HEAVY DUTY ZAHNKRÄNZE FÜR DIE ZEMENTINDUSTRIE EXPERTENNETZWERK OPTIMIERT KUGELMÜHLEN Kugelmühlen sind die weltweit dominierende Mahltechnologie in der Zementindustrie. So auch im tschechischen Prachovice, wo die Firma Cemex ein integriertes Zementwerk mit einer Kapazität von 900 000 Tonnen pro Jahr betreibt. Bei der Modernisierung zweier Kugelmühlen entschied sich der Betreiber, die Antriebseinheiten gemeinsam mit SEW-Eurodrive neu zu dimensionieren. Mehr als 14 Mrd. US-Dollar Jahresumsatz und rund 43 000 Mitarbeiter – das sind die beeindruckenden Zahlen von Cemex, einem der größten Zementhersteller der Welt. Das Unternehmen mit Hauptsitz in Mexiko unterhält Präsenzen in über 50 Ländern. In der Tschechischen Republik betreibt es in Prachovice, etwa 100 km östlich von Prag, das zweitgrößte Zementwerk des Landes. Hier werden auf zwei identischen, 15 m langen Kugelmühlen bis zu 5 000 t Klinker am Tag zu fertigem Portlandzement gemahlen. Jede Kugelmühle wird von einem Zahnkranz in Bewegung gesetzt. Pro Mühle übertragen jeweils zwei 2 250-kW-Asynchronmotoren die Leistung über Getriebe auf zwei separat gelagerte Ritzel. Die Ritzel sind mit dem Zahnkranz im Eingriff und beaufschlagen diesen mit dem Drehmoment. Die Verbindung zwischen Zahnkranz und Mantelfläche der Kugelmühle erfolgt mittels Montageflansch und Schraubverbindungen. VERZAHNUNGEN SIND NEURALGISCHE PUNKTE Bei einer Befundung der Mühlenantriebe im Frühjahr 2017 zeigten die beiden Zahnkränze wie auch die vier Ritzel bereits erhebliche Verschleißerscheinungen. Geschwächte Verzahnungen, bei denen ein fortschreitendes Schadensbild zu beobachten ist, können im weiteren Betrieb zu einem Ausfall des Antriebs und somit der gesamten Anlage führen. Rasch ergeben sich so lange Stillstandzeiten, was wiederum zu Lieferengpässen und hohen Produktionsausfallkosten führt. Um die Verfügbarkeit der Zementmühlen auch künftig sicherzustellen, entschied sich Cemex für den Austausch der beiden Zahnkränze, der insgesamt vier antreibenden Ritzel sowie der zwei Hauben des Zahnkranzes. Die Getriebe wurden, ausgehend von dem noch sehr geringen Verschleißgrad, als unkritisch eingestuft und daher nicht ausgewechselt. Von Anfang an stand SEW-Eurodrive bei den damals offenen Themen dem Zementproduzenten zur Seite. Fragen zur Werkstoffauswahl, Design/Dimensionierung, Projektierung, Schmierung bis hin zur Errichtung und Inbetriebnahme wurden gemeinsam er örtert. Der Antriebspezialist aus Deutschland hat langjährige Er fahrungen mit dem Einsatz von Zahnkränzen in unterschiedlichsten Industrien. Zudem deckt SEW-Eurodrive vom Motor über die Getriebe bis hin zur Antriebselektronik und Steuerung die gesamte Bandbreite der Antriebstechnik mit seinem eigenen Portfolio ab. Die umfassende Unterstützung während der gesamten Konzep tionsphase veranlasste schließlich die Cemex-Instandhaltungs leitung, den weiteren Weg bei diesem Projekt mit SEW- Euro drive zu gehen. Timo Rothardt ist Applikationsingenieur Industriegetriebe und Christian Rüttling ist Marktmanager Industriegetriebe, beide bei der SEW-Eurodrive GmbH & Co KG in Bruchsal MODERNE WERKSTOFFTECHNOLOGIE Bei den Zahnkränzen verwendet SEW-Eurodrive ausschließlich hochfestes, bainitisches Gusseisen mit Kugelgraphit (Austempered Ductile Iron – ADI). Die Eigenschaften dieses Werkstoffes sind denen klassischer Zahnkranzwerkstoffe wie Stahlguss überlegen – so hat der von SEW eingesetzte ADI-Guss eine Mindestzugfestigkeit von 1 000 MPa und eine Mindestdehnung von 5 %. Um die geforderten mechanischen Eigenschaften zu erreichen, ist eine Wärmebehandlung erforderlich. Sie führt dazu, dass sich die gewünschte 46 antriebstechnik 2019/07 www.antriebstechnik.de

SPECIAL: HEAVY DUTY 01 02 Mikrostruktur einstellt und der Werkstoff hohe zulässige Festigkeitswerte aufweist. Die aus den guten Kaltverfestigungseigenschaften des Werkstoffes resultierende Kontaktermüdungsfestigkeit machen die Zahnkränze bei richtiger Dimensionierung, Belastung und Schmierung sehr widerstandsfähig und praktisch verschleißfrei. Zudem kann durch den Einsatz von ADI-Guss der Zahnkranz deutlich kompakter und leichter ausgeführt werden als bei der klassischen Lösung. OPTIMALES LAUFVERHALTEN UND HANDLING DANK MEHRTEILIGKEIT Ein weiteres Merkmal des SEW-Zahnkranzes ist seine Mehrteiligkeit. Herkömmliche Zahnkränze bestehen i. d. R. aus zwei bis vier Segmenten, die zusammenmontiert bearbeitet werden. Bei der Lösung von SEW-Eurodrive ist der Zahnkranz mehrteilig ausgeführt. Jedes der Segmente ist, abhängig vom Gesamtdurchmesser des Zahnkranzes, mit Abmessungen von ein bis zwei Metern sehr kompakt gestaltet. Die hohe Ausgangsteilungsgenauigkeit der geteilten Konstruktion nach den Normen ISO 8 bzw. AGMA 9 führen zu einem optimalen Laufverhalten. Abguss, Bearbeitung, Wärmebehandlung und die Feinbearbeitung finden 01 Weil die Segmente in zwei Zahnkranzhälften vormontiert werden können, vereinfacht sich die Handhabung am Einsatzort erheblich 02 Prinzipschema der Kugelmühle (ähnlich dem tatsächlichen Antriebsaufbau): Auf beiden Seiten der Mühle treibt jeweils ein Motor über ein Getriebe der X-Baureihe von SEW-Eurodrive ein doppelt gelagertes Ritzel an. Jedes Ritzel überträgt 2 250 kW Antriebsleistung auf den Zahnkranz für jedes Zahnkranzsegment einzeln statt. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Qualität des Zahnkranzes unabhängig von Durchmesser immer identisch ist – egal, ob es sich um 4 oder um 16 m handelt. Die segmentierte Bauart bietet zudem weitere Vorteile in Bezug auf Handling und Austauschbarkeit. Die Handhabung der einzelnen Segmente oder Bauteilgruppen vereinfacht sich am Einsatzort erheblich. So ist es möglich, die Segmente in zwei Zahnkranzhälften vorzumontieren und in herkömmlicher Mon tage an der Applikation zu befestigen oder einzeln, Segment für Segment an der Trommel zu montieren. Die Montage der Einzelsegmente ist besonders bei beengten Platzverhältnissen www.antriebstechnik.de antriebstechnik 2019/07 47

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