Durchgängiges Konzept

Dipl.-Ing. Friedrich Kelnhofer

Transportbänder wurden in früheren Jahren hauptsächlich durch oben liegende Stirnradgetriebe angetrieben, die mit Zahnrädern und Kette mit der Antriebswelle verbunden waren. Notwendige Anpassungen der Transportgeschwindigkeit erfolgten durch eine relativ einfache Änderung der Zahnraddurchmesser. Nachteilig bei diesem System waren die Unübersichtlichkeit der Anlage, die Wartungs- und Verschleißintensität sowie die hohen Anschaffungskosten.

Durch den zunehmenden Einsatz von Frequenzumrichtern in diesem Bereich wurde in den vergangenen Jahren diese Antriebsart immer mehr durch seitlich, mittels Hohl-welle direkt auf die Antriebsachse aufgesteckte Schneckengetriebemotoren ersetzt. Der Hauptgrund für die Verwendung dieses Getriebetyps lag in der scheinbar kostengünstigeren Anschaffung und dem hauptsächlichen Ziel, ein Produkt nur von A nach B zu transportieren.

Mit dem Einzug immer leichter werdender Produkte oder Behältnisse sowie den steigenden Anforderungen an die Regelcharakteristik einer Produktionslinie, traten zunehmend Probleme im niedrigen Geschwindigkeitsbereich auf. Gerade dann, wenn Transport- oder Förderbänder im unteren Frequenzbereich geregelt werden müssen, z.B. bei Anlagenanlauf, im Positionierungs- oder im Pufferbetrieb, führen der niedrige Wirkungsgrad sowie die auftretende Selbsthemmung der eingesetzten Schneckengetriebe zu einem instabilen Transportverhalten. So lässt sich heute bei vielen Produktionsanlagen ein zittriger Produkttransport beobachten. Oftmals führt dieser Nebeneffekt des Schneckengetriebes auch zu umgefallenen Produkten oder Behältnissen, was eine deutliche Reduzierung des Anlagenwirkungsgrades zur Folge hat.

Diese Problematik löst die Danfoss-Getriebegeneration Bauer 2000 mit Kegelradgetriebemotoren der Serie BK, deren Gehäusestruktur den hohen Hygiene- und Reinigungsanforderungen entsprechen. Die glatte und abgeschrägte Struktur des Getriebegehäuses ermöglicht eine einfache Reinigung und den ungehinderten Ablauf von Flüssigkeitsresten. Des Weiteren sind alle Getriebe dieser Baureihe standardmäßig in der Schutzart IP 65 und in der Nahrungsmittel- und Getränkeindustrieausführung mit einer laugen- und säurebeständigen Lackierung in Coro 1 ausgeführt.

Danfoss Kegelradgetriebemotoren, die als Transport- oder Förderbandantriebe eingesetzt werden, benötigen außerdem kein Entlüftungsventil. Der Kopfraum des Getriebes wurde so ausgebildet, dass sich der durch Erwärmung entstehende Überdruck im Getriebeinneren kompensieren lässt. Der Wegfall der Entlüftung verhindert ein Eindringen von Flüssigkeiten durch einen blockierten Ventilsitz. Die Lebensdauer wird deutlich erhöht. Vor allem zeichnen sich die Kegelradgetriebemotoren durch ein ruhiges und gleichmäßiges Transportverhalten aus, was vor allem im niedrigen Geschwindigkeitsbereich bei leichten Produkten und Behältnissen von Vorteil ist.

Da Transport- oder Förderbänder fast immer im Teillastbereich betrieben werden, ist bei deren Dimensionierung das Losbrechmoment von Bedeutung. So ist aufgrund eingetrockneter Bandschmiermittel- oder Produktreste das höchste Drehmoment in der Anlaufphase der Anlage von-nöten. Aufgrund ihres besseren Wirkungsgrades und der nicht vorhandenen Selbsthemmung, gerade in der Anlaufphase, bietet sich bei Transport- und Förderbändern der Einsatz von Kegelradgetriebemotoren mit kleinerer Leistung an anstatt der bisher verwendeten Schneckengetriebemotoren. Werden Produktionsanlagen mit Kegelradgetriebemotoren ausgestattet, lassen sich Energieeinsparungen von bis zu 30% realisieren. Aufgrund der geringeren Motorleis-tung ergeben sich weitere Kosteneinsparungen bei der Auslegung der Leistungsteile im Schaltschrank sowie bei der Wahl der Frequenzumrichter.

In fast allen Produktionsanlagen in der Getränke- und Nahrungsmittelindustrie findet man die klassischen, mit Kühlrippen und Lüfter versehenen Motoren. Diese sind nur teilweise oder gar nicht reinigbar. So stellt man heute bei vielen Produktionslinien fest, dass die Kühlrippen, besonders in nicht direkt zugänglichen Bereichen, regelrecht durch Bandschmiermittel oder Produktreste zugesetzt sind. Der gleiche, oftmals wesentlich verstärkte Effekt ist unter der Lüfterhaube zu beobachten. Hier besteht praktisch keine Reinigungsmöglichkeit – außer man demontiert die Haube. Um diese Effekte zu minimieren, werden die Getriebemotoren oftmals komplett verkleidet oder außerhalb der kritischen Bereiche angeordnet. Dies hat allerdings einen erhöhten Kostenaufwand zur Folge, ohne die eigentliche Ursache zu beheben.

Diese Problematik löst Danfoss Bauer mit dem Aseptic-Drive, einem Motor mit völlig glatter Oberfläche. Diese lässt sich einfach und wirkungsvoll, ohne Bildung von Schmutznestern, reinigen. Neue Ablagerungen können nur schwer anhaften und so die hohen Qualitätsstandards beeinträchtigen. Von Vorteil ist auch, dass bei diesem Motorenkonzept auf einen Lüfter komplett verzichtet werden kann. D. h., es können sich keine Schmutzherde bilden, die nur schwer zu reinigen sind und zu Reinfektionen führen.

Außerdem können sich unter einer Lüfterhaube Keime oder Schmutzpartikel bilden, die bei Anlagenanlauf oftmals aufgewirbelt werden und die Umgebungs- und Raumluft infizieren. Dieser Effekt tritt bei den Aseptic-Drive-Motoren konstruktionsbedingt nicht auf.

Um den hohen Anforderungen im Produktionsbereich zu genügen, ist der Aseptic-Drive generell in Schutzart IP 66 ausgeführt und mit einer laugen- und säurebeständigen Lackierung versehen. Optional sind die Zapfen- oder Hohlwelle bei der Getriebemotor-Ausführung auch in Edelstahl lieferbar, um Korrosion auch in diesem Bereich zu verhindern.

Eine weitere Besonderheit bei dem Aseptic-Drive-Motorkonzept ist der Wegfall des üblichen Klemmenkastens. Der Klemmenkasten hat zum einen den Nachteil, dass er eine schwer reinigbare und verschmutzungsgefährdete Stelle am Motor darstellt, zum anderen im Falle eines Getriebemotorwechsels einen erhöhten Personalbedarf (erforderlich sind eine mechanisch und eine elektrisch ausgebildete Fachkraft) verursacht.

Dieser Aseptik-Motor verfügt standardmäßig über einen Rundstecker, über den sowohl der Motor sowie die Thermistoren angeschlossen werden. D.h., im Falle eines Wechsels des Getriebemotors kann der Motoranschluss allein durch mechanisches Fachpersonal erfolgen. Der oberflächenbehandelte Stecker in Schutzart IP 67 ist verdrehsicher codiert und kann auf Wunsch auch komplett in Edelstahl geliefert werden. Der Rundstecker ist glatt und symmetrisch ausgeführt.

Feldbussysteme, wie z.B. Profibus, AS-i und Interbus, erobern zunehmend den Bereich der Produktionsanlagen in der Getränke- und Nahrungsmittelindustrie.

Aus diesem Grund wurde zur Komplettierung der Danfoss-Getriebemotoren-Reihe der dezentrale Frequenzumrichter FCD 300 entwickelt. Auch hier standen neben hoher Verfügbarkeit und Flexibilität, die besonderen Anforderungen im Bereich Hygiene und Reinigbarkeit im Vordergrund. So wurde das Gehäuse durch die abgeschrägten Kühlrippen und verwendeten Materialien so konzipiert, dass es leicht zu reinigen und beständig gegen die branchenüblichen Reinigungs- und Desinfektionsmittel ist. Durch die standardmäßig hohe Schutzart IP 66 kann der FCD 300 sowohl direkt auf dem Motor als auch motornah innerhalb der Produktionsanlage eingesetzt werden.

Wichtige Parameter bei der Konzipierung moderner Produktions- und Abfüllanlagen sind im Bereich dezentraler Frequenzumrichter Flexibilität bei der Anbindung an Feld- und Energiebussysteme, Wartungs- oder Reparaturschalter zur Abschaltung defekter Teilnehmer ohne Unterbrechung der Bussysteme sowie schnellstmögliche Reparatur im Störungsfalle. Besonders der letztgenannte Punkt ist von eminenter Bedeutung. Gerade hierdurch wird der Wirkungsgrad einer Anlage bestimmt. Die Zeit zur Behebung einer Störung steht in direkter Abhängigkeit von der Reaktionszeit des Instandhaltungspersonals sowie der Zeit der tatsächlichen Instandsetzung. Durch die heute verwendeten Feldbussysteme lassen sich Störungen schnell und ortsgebunden lokalisieren. Der Austausch defekter Geräte ist jedoch vom konstruktiven Aufbau abhängig.

Hier bietet der Frequenzumrichter FCD 300 einen optimalen Lösungsansatz. Durch den komplett getrennten Aufbau in Installationsbox und Elektronikeinheit muss bei einem eventuellen Defekt nur das Oberteil mit der Elektronik abgezogen und durch eine neue Einheit ersetzt werden. In der fest montierten Installationsbox befinden sich alle elektrischen Anschlüsse. Um auch hier einer schnellen Installation Rechnung zu tragen, erfolgen die Anschlüsse über Federzugklemmen. Ein integrierter T-Verteiler ermöglicht das Durchführen der unterschiedlichen Bussysteme. Hierdurch und/oder über einen separaten Stecker an der Außenseite des Gehäuses kann auch die Parametrierung des Frequenzumrichters erfolgen.

Kegelradgetriebemotoren BK

Aseptic-Drive-Getriebemotoren

Frequenzumrichter FCD 300