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DER KONSTRUKTEUR 05/2023

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DER KONSTRUKTEUR 05/2023

ANTRIEBSTECHNIK VERTIKAL

ANTRIEBSTECHNIK VERTIKAL FÜR MEHR NACHHALTIGKEIT Das Thema Ressourceneffizienz mit Blick auf Nachhaltigkeit und steigende Energie- und Rohstoffpreise gewinnt auch bei großen Industriegetrieben zunehmend an Bedeutung. Ein Anwendungsbereich, bei dem die Konstruktion für mehr Effizienz sorgt, sind vertikale Antriebsachsen. Kris Herijgers, Business Development Manager, Sumitomo Drive Technologies PRODUKTE UND ANWENDUNGEN Typische Anwendungen mit vertikaler Abtriebswelle sind Mischer, Pulper, Toaster, Oberflächenbelüfter, Kühltürme oder Luftkondensatoren. Diese stellen häufig große Herausforderungen für Getriebe dar, etwa was Schmierung, Kühlung und Entlüftung betrifft. Zudem wirken in den entsprechenden Anwendungen hohe äußere Kräfte auf die Welle. Das für den Prozess notwendige Werkzeug erreicht in der Regel erhebliche Durchmesser und hängt dabei frei drehend an einer langen Getriebe-Abtriebswelle. Das Industriegetriebe muss folglich hohe Torsions-, Axial- und Radialkräfte aufnehmen können. DREHEN UM 90 GRAD REICHT NICHT AUS Ein Standardgetriebe, das für horizontale Anwendungen konstruiert wurde, für vertikale Anwendungen zu nutzen, ist häufig technisch unvorteilhaft. Entweder wird das Getriebe hinsichtlich der Kräfte limitiert oder es wird sehr komplex durch zusätzlich anzubauende Elemente. Auch die Servicefreundlichkeit leidet, da es nicht möglich ist, eine horizontale Teilfuge des Gehäuses zu nutzen. Eine horizontale Teilfuge ermöglicht einen leichten Zugang zu den Innenteilen des Getriebes sogar ohne Ablassen des Öls. Dies vereinfacht und beschleunigt Reparaturarbeiten enorm. Darüber hinaus ist der Aspekt der laufenden Betriebskosten, der Schonung von Ressourcen und der Nachhaltigkeit nicht aus dem Auge zu verlieren. Es ist jedoch zu erwarten, dass diese Gesichtspunkte in Zukunft auch bei Industriegetrieben eine höhere Bedeutung erlangen. So wie im Drehstrommotoren- Bereich, wo höhere Effizienzklassen gefordert sind. KONSTRUIERT FÜR DEN VERTIKALEN EINSATZ Wie lassen sich nun bei Industriegetrieben mit vertikaler Abtriebswelle Ressourceneffizienz und Nachhaltigkeit im Blick behalten? Eine Lösung sind Getriebe, die speziell für diesen Anwendungsfall konstruiert sind. Vertikale Industriegetriebe zeichnen sich durch einen vergrößerten Lagerabstand an der Abtriebswelle im Gussgehäuse aus. Spezielle Schmiersysteme mit zuverlässiger mechanischer Pumpe machen das Getriebe perfekt angepasst für die jeweilige Anwendung. Da für die Aufnahme größerer Lasten keine zusätzlichen Konstruktionselemente erforderlich sind, entfallen Schnittstellen und Leckage-Risiken. Durch den standardmäßigen Einbau einer Steigrohr-Lösung kommt das Getriebeöl nicht in Kontakt mit dem Wellendichtring der Abtriebswelle – ein Leckage-freier Betrieb wird gewährleistet. Verschleißfreie Dicht-Systeme für die Antriebswellen stellen darüber hinaus eine hohe Verfügbarkeit im Betrieb sicher. Es entstehen keine Leckagen und keine Stillstandzeiten, weil Wellendichtungen ausgetauscht werden müssen. Ein weiterer Vorteil ist das abgesenkte Ölniveau kombiniert mit einer mechanischen Pumpe. Die benötigte Ölmenge bei der Erstbefüllung und bei jedem Ölwechsel wird erheblich verringert. Ein niedrigeres 26 DER KONSTRUKTEUR 2023/05 www.derkonstrukteur.de

ANTRIEBSTECHNIK RESSOURCENSCHONUNG STARTET HIER Wir sehen vertikale Industriegetriebe in vielen Anwendungen als die perfekte Lösung, um nicht nur die laufenden Betriebskosten zu senken, sondern auch die Nachhaltigkeitsziele in den Blick zu nehmen. Durch die besondere Bauweise verbrauchen die Getriebe weniger elektrische Energie und weniger Schmiermittel. KRIS HERIJGERS, Business Development Manager, Sumitomo Drive Technologies Ölniveau verringert auch erheblich die Planschverluste, die sich durch das kontinuierliche Eintauchen und die Rotation der Verzahnungsteile ergeben. Man kann davon ausgehen, dass die Verlustleistung eines Getriebes mit abgesenktem Ölniveau um ca. fünf Prozent niedriger ist als bei einem konventionellen Getriebe. Verwendet man dazu noch geschliffene Verzahnungen mit spezieller Verzahnungsgeometrie und hohem Wirkungsgrad, ergibt sich ein hoch effizientes Getriebekonzept. BETRIEBSKOSTEN SENKEN UND DIE UMWELT SCHONEN Eine Amortisation für die erhöhte Investition für ein 300 kW- Getriebe mit erhöhter Effizienz kann nun leicht kalkuliert werden. Die Amortisationszeit liegt im Bereich von ca. drei bis maximal fünf Jahren je nach Getriebe-Mehrkosten. Dies berücksichtigt den erhöhten Wirkungsgrad und somit den geringeren Verbrauch an elektrischer Energie sowie die geringeren Kosten für Öl-Erstbefüllung und Ölwechsel. Die Energie-Bilanz wird noch besser, wenn man berücksichtigt, dass ein Getriebe mit besserem Wirkungsgrad auch die Ölbadtemperatur senkt. Die Ölbadtemperatur beeinflusst entscheidend die Alterung des Öls und die Ölwechselintervalle. ANWENDUNG BEREITS BEI DER ENTWICKLUNG BERÜCKSICHTIGEN Die Anforderungen an das vertikale Industriegetriebe unterscheiden sich je nach Anwendung. Mischer-Hersteller bevorzugen etwa eine technische Lösung, bei der die Lagerung der Getriebe-Abtriebswelle gleichzeitig die Lagerung der Mischerwelle ist. Dies vereinfacht die Gesamtkonstruktion, führt jedoch dazu, dass die Lagerung des Getriebes die äußeren Kräfte kommend von den Rührorganen übernehmen muss. Je nach Höhe dieser Kräfte werden unterschiedliche Lagersysteme eingesetzt. Hier ist es von großem Vorteil, wenn diese Anforderung schon bei der Entwicklung der Stirnrad- und Kegelstirnradgetriebereihen berücksichtigt wurde, damit sich technisch unvorteilhafte Adaptionen erübrigen. Die Abtriebswelle ist bei speziellen Lösungen mit Steigrohr, wie sie Sumitomo Drive Technologies anbietet, nach unten angeordnet, was für einen Leckage-freien Betrieb sorgt. BEISPIEL NASSKÜHLTURM Bei Nasskühltürmen wird die Abtriebswelle des Kegelstirnrad- Getriebes in der Regel nach oben ausgeführt und trägt den großen Lüfter, der zur Kühlung des Prozesswassers dient. Durch diese Anordnung muss die Abdichtung der Getriebe-Abtriebswelle besonders beachtet werden. Die beste Lösung ist es, dem Wellendichtring eine Schleuderscheibe oder eine nachschmierbare Labyrinth-Dichtung nach außen vorzuschalten. Diese stellt eine sichere Barriere gegen das Eindringen von Feuchtigkeit dar. Die Getriebe-Entlüftung muss aus den Kühlturm nach außen gezogen werden, um der feuchten Umgebung zu entgehen. Neben den widrigen Umgebungsbedingungen muss das Getriebe teilweise schwer zu definierenden Kräften durch Unwucht und mögliche Lüfterbrüche widerstehen und die Abtriebswellenlagerung muss wie das gesamte Getriebe äußerst robust ausgeführt sein. 01 Das Dicht-System verhindert das Austreten von Öl entlang der langsam laufenden Welle 02 Bei Nasskühltürmen wird die Abtriebswelle des Kegelstirnrad-Getriebes in der Regel nach oben ausgeführt und trägt den großen Lüfter, der zur Kühlung des Prozesswassers dient Die Gehäusekonstruktion von Vertikal-Getrieben gewährleitet nicht nur die sichere Krafteinleitung der hohen Axialkräfte des Lüfters über die Getriebe-Abtriebswellenlagerung und die konzentrisch angeordneten Montagefüße in das Fundament oder die Bodenplatte. Die bessere Ressourceneffizienz senkt außerdem die Betriebskosten und wird den Bedürfnissen einer immer grüner werdenden Industrie gerecht. Bilder: Sumitomo 02 www.sumitomodrive.com 01 www.derkonstrukteur.de DER KONSTRUKTEUR 2023/05 27