Eine runde Sache

Fördertechnik mit Trommelmotoren

Zusammenfassung: Im Verlauf der einzelnen Verarbeitungsschritte von Kohlen, Erzen, Steinen und Kies sowie Erde, Sand, Salz, Kali oder Düngemitteln müssen täglich hunderte und tausende Tonnen staubiger, abrasiver, korrosiver und mitunter feuchter Materialien von A nach B gefördert werden. Immer öfter kommen hierzu Trommelmotoren zum Einsatz, da ihr Konstruktionsprinzip die Förderer robuster und langlebiger macht, als wenn sie mit konventionellen Motoren bestückt wären. Einer der weltweit führenden Hersteller solcher Förderbandantriebe und Förderbandrollen für Schüttgut aller Art ist Rulmeca.

K‌lassischerweise werden Förderer mit seitlich angeflanschten Motoren gebaut. Dieses Konstruktionsprinzip ist einfach und kann mit Motoren der Hersteller umgesetzt werden, die angehende Ingenieure bereits von ihren Vorlesungen her kennen. Oft haben sie jedoch Guss- oder Stahlgehäuse mit Kühlrippen, die sich bei Schüttgut gerne auch mal zusetzen und dann die Lebensdauer des Motors gefährden. Werden sie nicht sauber gehalten und regelmäßig gewartet, leidet darunter die Verfügbarkeit des Förderers; der Motor muss ersetzt werden, derweil die gesamte Anlage stillsteht.

Der Motor steckt in der Umlenkrolle

IP66/67 geschützte Trommelmotoren sind hingegen eine kompakte, komplett verschlossene Antriebseinheit für Förderbandanlagen. Sie integrieren Motor und Getriebe in der hermetisch versiegelten Antriebsrolle, die man ohnehin am Förderbandkopf benötigt (Bild 1). Damit sind sie unempfindlich gegen alle auftretenden Umwelteinflüsse wie Staub, Wasser, Öl oder Schmiermittel oder sonstige schädliche Substanzen. Aufgrund dieser robusten Auslegung lassen sie sich in der Regel komplett wartungsfrei über Jahre hinweg betreiben. Zudem werden auch konstruktiv Teile gespart. Durch die Getriebegeometrie bieten Trommelmotoren auch eine höhere Energieeffizienz als konventionelle Motor-Getriebe-Kombinationen, sodass in der Summe viele Gründe für den Einsatz von Trommelmotoren sprechen. Höchste Anforderungen werden dabei im Bereich der sowohl abrasiv wie auch korrosiv besonders kritischen Verarbeitung von Salz, Kali und Düngemitteln gestellt.

Schutz vor Korrosion und Abrieb

Cargill Deicing, eine Tiefensalzmine und ein Binnenschiffsverladeterminal in Avery Island, Louisiana, hatte beispielsweise mit den Auswirkungen von Korrosion und Abrieb aufgrund von Salzansammlungen im feuchten Sumpfgebiet von Louisiana zu kämpfen. Im Einsatz waren freiliegende Förderbandantriebssysteme, die das Unternehmen deshalb auf innenliegende Antriebe umgestellt hat. Cargill setzt hierzu auf standardisierte Trommelmotoren mit 500 – 600 mm Durchmesser, 15 – 44 kW und 2,44 – 3,05 m/s (480 – 600 fpm), die exakt auf die im Einsatz befindlichen Fördererbreiten von 800 mm und 950 mm ausgelegt wurden (Bild 2). Zu den besonderen Merkmalen der spezifischen Motorauslegung für Cargill gehören eine anorganische zinkreiche Grundierung, eine 0,305 mm (12 Mil) starke Beschichtung mit Carboline Carbomastic CM15FC, nachschmierbare Labyrinthdichtungen und Wellen aus Edelstahl. Das Lacksystem schützt Stahl- und Gusseisenoberflächen, während die Labyrinthdichtungen eine Fettsperre zum Schutz aller Doppel-Lippenwellendichtungen bilden. Darüber hinaus schützen Motoren der Klasse H und synthetisches Öl das Antriebssystem vor der Hitze des Sumpfklimas in Louisiana. Das Unternehmen ist mit der Leistung der im Einsatz befindlichen Trommelmotoren sehr zufrieden, da die Zuverlässigkeit der Fördertechnik verbessert und gleichzeitig die Wartungskosten gesenkt werden konnten.

Geschützt auch bei gelegentlichen Flutungen

Vergleichbare Erfahrungen haben auch weitere Unternehmen gemacht. Das Zementwerk Buzzi Unicem USA Pryor, Oklahoma setzt beispielsweise in seinem 167 m langen Rückgewinnungstunnelförderer zwei Trommelmotoren ein (Bild 3). Der Rückgewinnungstunnelförderer transportiert hochkalziumhaltigen Kalkstein aus dem überdachten Großlagerbereich zu den Kugelmühlen, in denen zusätzliche Inhaltsstoffe zugegeben wurden. Auch für Buzzi Unicem zählt vor allem die hermetische Versiegelung des Antriebs, da Kalzium-Kalkstein eine hohe Abrasivität besitzt. Zudem kam es gelegentlich auch zu Überflutungen des Tunnels. Der ursprüngliche Antrieb erfolgte nur am Förderbandkopf über einen 55-kW-Motor mit Untersetzungsgetriebe zur Antriebstrommel. Der Anlauf des leeren Förderbandes verursachte aufgrund der hohen Spannung auf der Tragseite des Förderbandes einen starken Bandstoß von bis zu 1,2 m in der horizontal-konkaven Kurve am Tunnelausgang. Heute sind zwei 37 kW starke Trommelmotoren mit 630 mm Durchmesser am Förderbandkopf und -heck installiert. Dank des geringen Gewichts und der einfach umzusetzenden Ausrichtung der Trommelmotoren konnten sie in nur einer Arbeitsschicht installiert werden. Mit einem Anlaufmoment von 200 % eliminiert das neue 50-PS-Antriebssystem heute das Problem der unzureichenden Leistung beim Anfahren. Da die beiden Antriebe zusammengenommen insgesamt 360 ° statt 180 ° Gurtumschlingung haben, konnte die Seitenspannung reduziert werden. Daher wird ein Prellen des Gurtes beim Starten eines leeren Gurtes wirkungsvoll verhindert. Darüber hinaus verlängert das duale Antriebssystem die Lebensdauer des Gurtes erheblich.

Schutz auch bei aggressiven chemischen Stoffen

Überzeug ist auch PT Petrokimia Gresik aus Indonesien. Das 50 km entfernt von Surabaya auf Java beheimatete Unternehmen stellt unter anderem Stickstoffdünger aus Urea her. Um gegen das aggressive chemische Verhalten von Urea widerstandsfähige Antriebe einzusetzen, hat man sich dort ebenfalls für die Verwendung von Trommelmotoren in der Fördertechnik entschieden. Es kommen Motoren mit Durchmessern von 320 mm – 630 mm und Antriebsleistungen bis 45 kW zum Einsatz (Bild 4). Es ist bereits die dritte Großanlage dieser Art in Indonesien.

Auch ohne integriertem Motor eine wichtige Komponente

Jeder Schüttgutförderer bedarf neben den passenden Trommelmotoren auch passive Umlenk- und Tragrollen, die ebenfalls für die Verfügbarkeit eines Förderers von großer Bedeutung sind. Fallen diese nämlich aus, weil beispielsweise Kugellager heißlaufen und sich festfahren, können durch Reibung Gurtbrände entstehen, die verheerende Auswirkungen haben können. Exakt gewuchtete Rollen sind deshalb insbesondere für Förderer von Bedeutung, an die hohe Anforderungen für die Versorgungssicherheit gestellt werden. Ein Förderer, der hierfür exemplarisch herangezogen werden kann, steht in China. Er wurde für China Resources Cement (Huarun Group) gebaut und zählt aktuell zu den längsten jemals in Asien gebauten Gurtförderern (Bild 5). Bestückt ist er mit 180 000 Rollen für 2 Förderbänder von 40 km Länge. Transportiert werden 30 000 t Kalkstein pro Tag vom Steinbruch bis zum Zementwerk in Fengkai, das zu den größten der Welt zählt. Jede Linie besteht aus 3 kurvengängigen Landförderern (11, 12 und 17 km), die von insgesamt 19 Antriebsgruppen mit 750 kW und einer Bandgeschwindigkeit von 5 m/s angetrieben werden. Ausgelegt sind die Kurvenförderer in einer Gurtbreite von 1400 mm, einer Bandspannung von 3.150 N/mm und einer Dicke von 24 mm. Sie überqueren 25 Berge, aber auch Straßen und Flüsse. Man kann sich vorstellen, dass ein Ausfall einer solchen Förderstrecke immense wirtschaftliche Schäden verursachen kann.

Qualität optimiert auch den Shareholder Value

Nicht jeder Förderer braucht aber eine solch hohe Güte bei der Auslegung der Rollen. Dennoch ist die Qualität einer Tragrolle letztlich auch für einfache Förderer entscheidend, denn spart man im Jahr der Investition an der Rolle muss man in den folgenden Jahren häufig eine Ersatztragrolle beziehen, während eine Qualitätsrolle über Jahre hinweg ohne Ersatzbeschaffung betrieben werden kann. Nach bereits rund 1,5 Jahren rechnet sich also ein Investment in eine höhere Qualität. Nicht alle Zulieferer von beispielsweise Zementwerken in Deutschland haben das schon erkannt, da sie teils stärker auf den kurzfristigen Shareholder Value schauen, denn auf die Langzeitperspektive. Insofern hat man heute eher in Deutschland denn in China Nachholbedarf, was Qualität Made In Germany bedeutet, obwohl Anbieter solcher Rollen wie das Ascherslebener Unternehmen Rulmeca quasi vor der Türe zuhause sind und stets auch neue Innovationen auf den Markt bringen. So hat Rulmeca auf der bauma 2019 beispielsweise den Prototypen einer smarten Rolle (Bild 6) vorgestellt, mit der eine IoT-basierte Überwachung der Temperaturen solcher Tragrollen ermöglicht werden soll. Die Serienreife soll – so der Plan – im Laufe der nächsten ein- bis zwei Jahren erreicht werden.

Noch energieeffizienter und robustere Auslegungen bald verfügbar

Etwas schneller verfügbar werden die ebenfalls erstmals zur bauma 2019 neu vorgestellten, rundum erneuerten Trommelmotoren, die dank optimierter Komponenten nochmals deutlich energieeffizienter geworden sind und eine nochmals verbesserte Robustheit und damit auch Anlagenverfügbarkeit bieten. Die Energieeffizienz dieser neuen TM400 Trommelmotorgeneration mit 2,2 bis 15,0 kW Nennleistung (Bild 7) konnte dank effizienterer Elektromotoren mit höherem Wirkungsgrad um durchschnittlich 4,5 % in der Spitzenlast gesteigert werden, wobei je nach Einsatzbedingungen auch Einsparungen von satten 12 % möglich sind. Sowohl die Betriebskosten als auch der CO2 Bilanz lassen sich folglich deutlich verbessern.

Um den ohnehin schon sehr zuverlässigen Dauerbetrieb der Schüttgutförderanlagen noch zuverlässiger zu unterstützen, wurde die Lagerung der Getriebekomponenten nochmals optimiert, was die bereits hohe Ausfallsicherheit (Mean Time Between Failure /MTBF) der neuen TM400 Trommelmotoren von Rulmeca weiter erhöht.

Die neue TM400 Trommelmotorgeneration wird ab Q4 2019 in Serienproduktion verfügbar sein. Anwender können ohne Konstruktionsaufwand auf die neue Generation umstellen, sodass auch bestehende Anlagen von den neuen Trommelmotoren von Rulmeca profitieren können, sollte einmal ein Austauschmotor erforderlich sein.

Fazit

Die exemplarischen Erfahrungen der Schüttgutverarbeiter in Zementwerken und Salzminen sowie in der Düngerherstellung sind typisch: Internationale Großanlagen setzen zunehmend auf Trommelmotoren in der Fördertechnik, da sie robuster und langlebiger sind und zudem auch ein höheres Maß an Schutz vor Feuchtigkeit, Abrasion, Korrosion und Verschmutzung bieten. Dass eine hohe Qualität auch bei den Rollen zu empfehlen ist, muss mancher Anwender auch heute noch lernen.

 

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