Umstellung von Keil- auf Zahnriemenantriebe ermöglicht Energieeinsparungen

Kleiner Aufwand, große Wirkung

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Energieeffizienz gewinnt für Anlagenbetreiber immer mehr an Bedeutung. Sparsame Maschinen sind sowohl ökologisch als auch ökonomisch und leisten ihren Beitrag zu einer nachhaltigen Entwicklung. Eine Stellschraube, mit der Maschinen energieeffizienter ausgelegt werden können, ist der Riemenantrieb. Durch die Systemumstellung von einem kraft- auf einen formschlüssigen Antrieb lässt sich wertvolle Energie einsparen.

Exklusiv in kem Der Autor Dirk Bartsch-Kuszewski ist Leiter der Anwendungstechnik im Segment Industrie der ContiTech Power Transmission Group in Hannover

Aus dem modernen Maschinen- und Anlagenbau sind Antriebsriemen nicht mehr wegzudenken. Sie überzeugen durch eine hohe Lebensdauer, Wirtschaftlichkeit sowie Geräusch- und Gewichtsreduzierung. Kraftschlüssige Antriebe mit Keilriemen werden dann eingesetzt, wenn keine synchronen Bewegungen erforderlich sind und der Antrieb Schlupf haben soll, damit der Riemen bei Überlastung durchrutscht – z. B. in Zerkleinerungsmaschinen, bei denen bei einer Blockade durch zu viel Materialzufuhr das Durchrutschen des Riemens größere Schäden am Antrieb verhindert.
Doch überall dort, wo der Schlupf nicht ausdrücklich als eine solche Sicherungsfunktion benötigt wird, sollten Betreiber über eine Umstellung auf einen Zahnriemenantrieb nachdenken. Denn Untersuchungen zeigen: Zahnriemen haben einen um 6 % besseren Wirkungsgrad als Keilriemen und tragen so zur besseren Energieeffizienz von Anlagen bei.
Der Wirkungsgrad h beschreibt das Verhältnis von abgegebener zu zugeführter Leistung. So kann die Effizienz von Energieübertragungen gemessen werden. In der Energiewandlungskette Motor – Riemengetriebe – Arbeitsmaschine sorgen zahlreiche Faktoren für Energieverluste. Bis zu 30 % Anteil daran hat der Motor. Lagerverluste machen bis zu 5 % aus. Je nach Riemenart entfallen bis zu 6 % der Verluste auf den Antriebsriemen.
Bei Keilriemen führen Klemm-, Biege- und Dehnschlupfverluste sowie Walkarbeit zu Wirkungsgradverlusten. Hier hat der Zahnriemen entscheidende Vorteile: Seine Formschlüssigkeit, die eine synchrone Bewegung ermöglicht, verhindert Schlupf. Die Reibungsverluste in den Zahnflanken sind nur gering und die Verluste durch Walkarbeit liegen beim Zahnriemen ebenfalls deutlich unter denen beim Keilriemen. Um darüber hinaus weitere Energieverluste zu verhindern, ist sowohl bei Keil- als auch bei Zahnriemen die exakte Einstellung der Vorspannung wichtig.
Auf die Vorspannung achten
Eine ungenügende Vorspannung führt in Kraftschlussantrieben unter anderem zu einer nicht ausreichenden Kraftübertragung, hohem Verschleiß, Geräuschen und möglichem Riemenschlagen. Überhöhte Vorspannung kann zu noch höherer Walkarbeit führen, Risse im Riemenunterbau verursachen und die Geräuschentwicklung begünstigen.
In Formschlussantrieben zahnt der Riemen bei ungenügender Vorspannung nicht richtig ein, schlägt, kann überspringen oder sogar reißen und Geräusche verursachen. Überhöhte Vorspannung führt zu hohem Verschleiß, Geräuschen, erhöhter Walkarbeit, und auch hier zahnt der Riemen nicht richtig ein. All dies erhöht die Wirkungsgradverluste und wirkt sich somit negativ auf die Energieeffizienz und die Kosten aus.
Einfache Umstellung
Um einen Keil- auf einen Zahnriemenantrieb umzurüsten, müssen auf jeden Fall die Scheiben gewechselt werden. Darüber hinaus ist es aber ratsam, den Antrieb gleich weiter zu optimieren, um das Maximum an Effizienz herauszuholen. Ein Wechsel ist bei vielen Maschinen möglich – von Lüftungsanlagen über Pumpen bis hin zu Pressen. Die Experten von Contitech helfen bei der Umrüstung gerne weiter. Wie viel Energie durch die Systemumstellung gespart werden kann, zeigt ein fiktives Berechnungsbeispiel anhand einer Saatpresse: Bei einer benötigten Arbeitsleistung von 500 kW, 4992 Betriebsstunden pro Jahr und einem angenommenen Strompreis von 0,216 €/kWh beträgt der Energieverlust mit Keilriemen (Wirkungsgrad h = 0,97) 124 800 kWh. Untersuchungen haben ergeben, dass der Antrieb hier allein schon 3 % Schlupf aufweist. Dies bedeutet bereits eine Verlustleistung von 25 kWh. Bei einem Zahnriemenantrieb (Wirkungsgrad h = 0,99) hingegen liegt der Energieverlust bei nur 24 960 kWh. Dies entspricht einer Energieeinsparung von 21 535 € im Jahr. Die Investitionskosten für die Umrüstung betragen nur einen Bruchteil des eingesparten Geldes.
Contitech, Tel.: 0511 938-71,
E-Mail: industrie.as@
ptg.contitech.de
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