Trommel- und Getriebemotoren Außen oder innen? - KEM

Trommel- und Getriebemotoren

Außen oder innen?

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Die Universität Parma (Italien) hat einen Systemvergleich zwischen Getriebe- und Trommelmotoren durchgeführt. Da sich die Studie rein auf die Lebensmittelbranche und Trommelmotoren von Interroll fokussiert, haben wir uns mit mehreren Herstellern solcher Antriebslösungen unterhalten. Dabei stellte sich heraus, dass sowohl Getriebe- als auch Trommelmotoren ihre Vorzüge haben und von Fall zu Fall entschieden werden muss, welches System für die konkrete Anwendung besser geeignet ist.

Tobias Meyer, freier Mitarbeiter, KEM Konstruktion

Vergleich: Trommel- und Getriebemotoren
Welches System passt zu welcher Anwendung?
Prof. Davide Barbanti vom Institut für Lebensmittelforschung der Universität Parma: „Die Studie umfasste wissenschaftliche Messungen und experimentelle Versuche. Unser Ziel war es, einen Vergleich zwischen State-of-Art-Komponenten zu schaffen, wobei der Trommelmotor in zwei Drittel der Tests überlegene Leistung zeigte.“
Flexibel und thermisch entkoppelt
ABM Greiffenberger setzt auf Getriebemotoren, da diese variabler einsetzbar sind und somit ein großes Kundenfeld ansprechen: „Getriebemotoren eignen sich – neben dem Einsatz in Rollenförderern – für ein breites Anwendungsfeld in der Intralogistik, wie z.B. als Riemen- und Hubantriebe. Trommelmotoren hingegen sind ausschließlich für die Anwendung in einem Rollenförderer vorgesehen“, erklärt Stephan Thoma aus der Abteilung Lösungsengineering bei ABM Greiffenberger. Ein weiterer Pluspunkt von Getriebemotoren sei seiner Ansicht nach, dass die Antriebe von der Rolle thermisch entkoppelt sind. Dadurch sind sensible Artikel wie z.B. Lebensmittel keinem Wärmeeintrag ausgesetzt, der sich negativ auf die Produkte auswirken könnte. „Zudem ist ein von außen angebauter Antrieb im Servicefall leicht und schnell zu wechseln – dabei muss nicht einmal das Fördergut vom Band entfernt werden“, so Thoma. ABM Greiffenberger warf zudem einen Blick in die Auslastung seiner Motoren, wodurch sich zeigte, dass speziell in der Fördertechnik mehr als 85 % der Antriebe im Teillastbereich betrieben werden: „Hier sind Sinochron-Motoren von ABM besonders stark, denn ihr Wirkungsgrad ist im Teillastbereich doppelt so hoch wie der eines Asynchronmotors. Kombiniert mit einem Getriebe ist dieses Antriebskonzept besonders nachhaltig und energieeffizient“, sagt Thoma.
Laut Nord Drivesystems können in fördertechnischen Anlagen sowohl Trommelmotoren als auch Getriebemotoren unterschiedliche Vorzüge ausspielen: „Die Entscheidung für eine dieser Lösungen fällt nach anwendungsspezifischem Bedarf. Geregelte Getriebemotoren sorgen insbesondere für hohe Flexibilität – LogiDrive-Systeme von Nord zum Beispiel bieten eine im Bereich von 1:500 stufenlos verstellbare Übersetzung“, erklärt Jörg Niermann, Bereichsleiter Marketing bei Nord. Zugleich kommt die speziell für die Fördertechnik konzipierte Baureihe mit nur drei Varianten aus, die IE4-Synchronmotoren kombiniert mit zweistufigen Kegelstirnradgetrieben gewährleisten laut Nord hohe Überlastfähigkeit. Dezentrale Frequenzumrichter zur motornahen Montage an der Anlage sorgen in der optimierten Bauform des neuen Nordac Link für gute Zugänglichkeit. Alle LogiDrive-Systeme sind dabei modular aufgebaut: Sämtliche Komponenten können individuell gewartet werden, wodurch Instandhaltungs- und Reparaturkosten minimiert werden sollen.
Auch bei Lenze setzt man ganz klar auf Getriebemotoren: „Ihre Stärke liegt für uns in der hohen Flexibilität und dem sehr weiten Leistungsspektrum. Durch den Einsatz eines Getriebemotors erfolgt eine Entkopplung von Bewegung und Übertragung, was die Flexibilität in der Lösungsgestaltung für Maschinenbauer erhöht. Die Zugänglichkeit zum Antrieb im Montage- und Service-Prozess ist durch den Anbau des Getriebemotors mit der eindeutigen Schnittstelle zur Förderstrecke deutlich vereinfacht, so verbleibt bei einem Gurtförderer die Antriebsrolle in der Maschine, auch wenn der Antrieb ausgetauscht werden muss“, erklärt Klaus Dierkes, Produktmanager mechatronische Antriebssysteme bei Lenze. Die Einsatzgebiete von Getriebemotoren erstrecken sich über die unterschiedlichen Förderelemente der Paletten-, Behälter- und der Einzelstückförderung in den vielfältigen mechanischen Ausführungen und das bei gleichzeitig geringer Anzahl der Antriebsvarianten: „So führt etwa die Breite der Förderstrecke nicht zu einer anderen Materialnummer des Antriebes. Dadurch werden die Engineering- und Projektierungsphasen vereinfacht und die Aufwände für Materialbereitstellung beim Maschinenbauer deutlich reduziert“, so Dierkes. Lenze will die Variantenreduzierung hier mit seinem Smart Product g350 noch weiter vorantreiben. Dabei verschmilzt Lenze den Motor mit dem Getriebe und lässt die Übersetzung weit in den Motorraum rutschen. Vergleichbares gilt auch für die Elektronik und die Software, mit der sich die Festdrehzahl des Motors über eine Smartphone-App per NFC-Verbindung variabel einstellen lässt. Auf diese Weise sind Geschwindigkeiten am Getriebeausgang frei wählbar – bei gleichem Drehmoment. „Das erleichtert das Design-In wesentlich“, so Dierkes.
Alles in einem
Die Interroll Gruppe, Partner der Universität Parma für die eingangs erwähnte Studie, hat ihren Fokus auf Trommelmotoren gesetzt, hier finden sich also sämtliche Bauteile – Motor, Getriebe, Steuerelemente – innerhalb der Trommel, die das Förderband antreibt. Die Stromzuführung erfolgt durch eine Hohlachse, die Achsenden stehen fest im Gerüst, nur die Trommel dreht sich. Eine permanente Ölfüllung übernimmt Kühlung und Schmierung: „Wir sind überall dort im Vorteil, wo unsere Kunden platzsparende Lösungen benötigen, denn der separate Antrieb außerhalb der Rolle entfällt bei einem Trommelmotor. So können Transportsysteme auch sehr kompakt gebaut werden, etwa die Gepäckbänder am Flughafen-Check-In oder an Supermarktkassen“, erklärt Hauke Tiedemann, Geschäftsführer des globalen Interroll-Kompetenzzentrums für industrielle Trommelmotoren in Baal bei Düsseldorf.
„Durch das kompakte Design haben wir zudem einen weiteren Vorteil in Bereichen, die geschäftskritische Anforderungen an die Hygiene stellen“, so Tiedemann. Natürlich können auch Getriebemotoren in Hygienebereichen eingesetzt werden, Interroll würde das nach den Ergebnissen der wissenschaftlichen Studie aber keinem Unternehmen empfehlen: „Die Gefahr durch Kontaminationen und der Reinigungsaufwand ist bei Trommelmotoren deutlich geringer. So sparen unsere Kunden durch den geringeren Reinigungsaufwand beträchtliche Nebenkosten über den gesamten Lebenszyklus“, erklärt Tiedemann. Da keine externen Bauteile angeflanscht sind, können Transportsysteme mit Trommelmotoren im Lebensmittelbereich einfacher und wirkungsvoller gereinigt werden, denn sie bieten Bakterien oder Keimen sehr wenig Möglichkeiten, sich in Nischen oder Fugen einzunisten – etwa in Kühlrippen. Deren Fehlen ist aber gleichzeitig eine Schwachstelle, die auch die Universität Parma aufzeigte: Trommelmotoren tragen alle Bauteile in einer verkapselten Röhre, wodurch die Wärmeabfuhr nach außen alleine über die Trommeloberfläche möglich ist. Daher laufen diese Antriebe gern etwas wärmer. „Da die Frequenzumformertechnik in den letzten Jahren deutlich günstiger geworden und einfacher anzuwenden ist, werden sich die Synchronmotoren weiter durchsetzen, unsere Kunden fragen diese energieeffizientere Variante deshalb auch immer stärker nach“, sagt Tiedemann. Die Motoren erreichen seiner Aussage nach Wirkungsgrade, die die Energieeffizienzklassen IE4 und IE5 erreichen. „Im Vergleich zu IE2- oder IE3-Asynchronmotoren wandeln sie so bis zu 20 Prozent weniger Strom in Wärme um, was uns natürlich auch in Sachen Temperatur entgegenkommt und gleichzeitig zu einer schnellen Amortisierung der Investition führt“, erklärt Tiedemann.
Bei seiner Trommelmotoren-Technologie hat Interroll mit einer neuen modularen Plattform erst kürzlich nachgelegt: Eine einzige Lösung soll praktisch alle Einsatzszenarien abdecken, das erweiterte Leistungsspektrum der Trommelmotoren könne alle gängigen Anwendungen in der Nahrungsmittelindustrie, Intralogistik und im Produktionsbereich unterstützen. Dabei passen alle der neuen asynchronen und synchronen Motoren aufgrund identischer Achsen nun in dieselbe Halterung und können entsprechend der jeweiligen Anwendung eingesetzt werden. Über eine erweiterte Anzahl von Getriebestufen lässt sich ein größeres Geschwindigkeitsspektrum bedienen. Systemintegratoren sollen es so leichter fallen, individuelle Vorgaben beim Durchsatz für eine Förderlösung zu erfüllen. Technisches Herzstück der neuen Interroll Trommelmotoren ist die 30-mm-Achse, deren Belastbarkeit laut Hersteller um rund 300 % gestiegen ist. Zusammen mit den stärkeren Kugellagern ermögliche das unter anderem wesentlich höhere Bandspannungen. Alle Trommelmotoren der neuen Generation sind zudem mit höchstem Schutzgrad IP69k ausgestattet, dank der PTFE-Dichtung ist zudem eine Hochdruckreinigung mit den nach Ecolab-Richtlinien zugelassenen Chemikalien möglich.
Fokus auf Hygieneanwendung – aber nicht nur
Auch die italienische Rulmeca Gruppe hat entsprechende Edestahlprodukte für die Lebensmittelindustrie im Sortiment: „Wir legen besonderen Wert auf unseren in der Branche einzigartigen IP-66/69plus Schutz – er gilt nämlich auch für den laufenden Betrieb. Das kann mit einem Schutz nach IP66 oder IP69 nicht nachgewiesen werden. Wenn es also um besonders hygienische Förderbänder aller Art geht, ist der Trommelmotor unschlagbar“, sagt Andreas Flies, Sales Manager Unit Handling bei Rulmeca Germany. „Es sollte eigentlich kein Förderband mehr mit seitlich angeflanschten Motoren geben, denn das ist konstruktiv zu aufwendig und mit deutlich mehr Komponenten in der Stückliste verbunden.“ Auch in Einsatzbereichen abseits der hygienesensitiven Lebensmittelindustrie könne man die Entwickler in den meisten Fällen vom Trommelmotor überzeugen. Hier wird er nicht in Edelstahl ausgeführt und kann daher kostengünstiger angeboten werden. Rulmeca baut beispielsweise Trommelmotoren für Stückgut- und Schüttgutfördertechnik, die etwa in Steinbrüchen und Minen eingesetzt wird.
Die Grenzen des Einsatzes von Trommelmotoren finden sich laut Andreas Flies im hohen Leistungsbereich beim Betrieb ohne Gurt und bei der minimalen Breite – die derzeit bei ca. 20 cm liegt. Besonders kleine Durchmesser kann man mit ihnen ebenfalls nicht bedienen, hier liegt die Grenze derzeit bei mindestens 81 mm. „Als Alternative bieten wir hier unsere DriveRollers an, die einen deutlich kleineren Durchmessern und selbstverständlich auch geringere Leistung bieten. Aber auch für einen Förderer mit schweren Lasten und Messerkante als Übergabepunkt gibt es konstruktive Lösungen für den Einsatz eines Trommelmotors. Applikationsseitig ist insbesondere die Breite ein Marktbegrenzer. Besonders schmale Förderbänder, von denen es nicht wenige gibt, können Trommelmotoren derzeit noch nicht bedienen“, erklärt Flies.
Das niederländische Familienunternehmen Van der Graaf fertigt seit mehr als 65 Jahren Trommelmotoren, jedes Jahr verlassen mehr als 40 000 Einheiten die Werkshallen. „Im Prinzip kann jedes Förderband mit einem Trommelmotor angetrieben werden. Und die Akzeptanz dieser Antriebsart wird immer größer. Das lässt sich an den stetig steigenden Produktionszahlen aller Hersteller eindeutig ablesen“, so Eberhard Schütz, Geschäftsführer der Van der Graaf Antriebstechnik GmbH in Rheine-Mesum. „Aufgrund der besonderen Bauform ergeben sich Vorteile, die sich nicht nur vordergründig im Preis widerspiegeln, sondern im Lebenszyklus der Anlage. Dabei spielen auch Wartungsfreiheit und Zuverlässigkeit eine große Rolle“, so Schütz. So sind Ölwechselintervalle von 50 000 Arbeitsstunden bei der Verwendung von synthetischen Ölen heute Standard, in der Lebensmittelbranche kommen FDA-zugelassene Schmieröle zum Einsatz. Zur Verfügung stehen zudem verschiedene Dichtungssysteme, die Trommelmotoren auch für die Glasindustrie, im Recyclingbereich oder für Unterwassereinsätze fit machen und auch die Hochdruckreinigung mit wechselnden Reinigungsmitteln erlauben.
Der Wirkungsgrad eines Trommelmotors entspreche laut Schütz durch den Direktantrieb ohne weiteres dem eines Stirnradgetriebemotors. Das Nachschmieren entfällt, da die Lager in den Enddeckeln durch die Ölfüllung des Motors dauergeschmiert sind. Auch Schütz verweist auf die Möglichkeit, Anlagen in sehr engen Verhältnissen konstruieren zu können: „Seitlich am Fördergerüst befindet sich nur der Klemmenkasten. Und wo der noch stört, kann der Trommelmotor auch mit Kabelausgang geliefert werden. So können etwa im Stückgutbereich Förderbänder ohne aufwändige Sonderkonstruktion sehr eng nebeneinander positioniert werden.“ Die Lastverteilung im Fördergerüst sei zudem optimal, da nichts nach außen übersteht: „Sehr wichtig ist das bei den klappbaren Förderbändern von mobilen Siebanlagen oder Haldenbändern.“
Das Fehlen von Kühlrippen und Lüfterrädern beim Trommelmotor, die gesäubert oder geschützt werden müssten, sieht auch Schütz als großen Vorteil: „Besonders im Nassbereich der Lebensmittelverarbeitung, in der Fleischverarbeitung oder bei der Herstellung von TK-Produkten hat der Trommelmotor so bauartbedingt unschätzbare Vorteile.“ Schütz merkt aber auch an, dass der Trommelmotor einen Nachteil gegenüber der konventionellen Antriebstechnik für Förderbänder hat: „Im Havariefall muss die komplette Einheit ausgebaut werden, während bei einem Getriebemotordefekt nur Motor und/ oder Getriebe gewechselt werden müssten. Aber dass sich nach einiger Betriebszeit das Getriebe eines externen Antriebs leicht und locker von der Antriebswelle lösen lässt, ist auch nur in der Theorie so. Sprechen Sie mal mit dem Servicetechniker in der Kiesgrube.“ Laut Schütz sei es auch eine Art Glaubensfrage, bei der es aber in erster Linie darauf ankomme, den Anwendernutzen in den Vordergrund zu stellen: „Dazu braucht es faire Beratung, ein ausgereiftes, robustes Produkt, das auch mal Anwenderfehler verzeiht und einen guten After-Sales-Service.“
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