Antriebslösungen aus dem Industriegetriebe-Baukasten

Sie bilden in Kombination mit den Nord-Frequenzumrichtern und Motoren ein schlagkräftiges Antriebsteam. Die Rede ist von den Industriegetrieben aus dem modularen Maxxdrive-Baukasten für maßgeschneiderte Antriebslösungen.

Das Anwendungsbeispiel einer elektromechanisch betätigten Klappbrücke verdeutlicht die Leistungsfähigkeit und die Gestaltungsmöglichkeiten des Nord-Portfolios vom Industriegetriebe bis hin zur elektronischen Antriebstechnik: Zum Öffnen und Schließen einer viele Tonnen schweren Klappbrücke sind hohe Drehmomente erforderlich. Gleichzeitig bewegt sich die Klappbrücke sehr langsam. Kurz vor den Endlagen muss die Bewegung genau dosiert werden, um Schäden am Bauwerk und der Mechanik zu vermeiden. Klappbrücken lassen sich hydraulisch antreiben. Hinsichtlich Systemkosten, Energie- und Wartungsaufwand ist ein starker, effizienter Elektromotor mit einem robusten Industriegetriebe, gesteuert durch einen intelligenten Frequenzumrichter oft die günstigere, zuverlässigere und platzsparende Alternative. In einem Anwendungsfall konzipierten die Anwendungsexperten des Herstellers einen elektromechanischen Antrieb auf Basis von zwei Maxxdrive-Industriegetrieben mit motormontierten Frequenzumrichtern. Sie treiben ein Ritzel an, das in einen Zahnkranz eingreift. Dies bewegt einen Hebelmechanismus, durch den die Brücke um den Auflagerpunkt gedreht wird. Die beiden Frequenzumrichter realisieren eine Geschwindigkeitsregelung der Antriebe. Die Prozesssteuerung synchronisiert die Geschwindigkeit der zwei Antriebe über einen Drehmomentabgleich.

Ein solches Antriebskonzept entsteht natürlich nicht automatisch aus dem Baukastensystem. Hier kommen mehrere Bereiche für das Application Engineering bei dem Hersteller ins Spiel, die den Auftraggeber bei der Anwendungsentwicklung unterstützen und nach seinen Bedürfnissen und Vorgaben eine komplett einbau- und inbetriebnahmefertige Antriebslösung entwickeln und herstellen. Was sind die Anforderungen an den Brückenantrieb? Natürlich soll er wartungsarm sein und eine möglichst hohe Lebensdauer erreichen, keine Frage. Er muss mehrmals am Tag öffnen und schließen und das zuverlässig bei allen Witterungsbedingungen. Sollte ein Bauteil ausfallen, muss ein Notbetrieb möglich sein und im Reparaturfall ein schneller Wechsel der defekten Antriebsteile. In den Endlagen, speziell bei geöffneter Brücke, soll das Antriebssystem verriegelt werden. Anhand der erforderlichen physikalischen Parameter wie Antriebsleistung, Drehmoment und Drehzahl wird aus dem Portfolio der passende Elektromotor, das richtige Industriegetriebe und der Frequenzumrichter zur Feinregulierung des Antriebsverhaltens ausgewählt.

Hinzu kommt eine separate Bremse zum sicheren Halten in jeder Position – selbst bei demontiertem Motor – und ein Hilfsgetriebe für sehr langsame Schleichfahrt, Not- und Revisionsbetrieb. Das Hilfsgetriebe muss notfalls auch manuell bedienbar sein. Alle Komponenten erhalten einen Korrosionsschutz entsprechend den Umgebungsbedingungen und werden transport- und montagefreundlich auf einem gemeinsamen Rahmen transportiert. Nord hat eigene Programme für die Berechnung und Auswahl geeigneter Antriebssysteme entwickelt. Aber auch wenn die passende Getriebegröße ermittelt ist, gibt es im modularen Baukasten der Maxxdrive-Industriegetriebe noch eine große Vielfalt an Kombinationsmöglichkeiten. Hier kommt vor allem das anwendungsspezifische Erfahrungswissen der Ingenieure ins Spiel, um aus den Optionen die bestmögliche auszuwählen.

Die Maxxdrive-Industriegetriebe bieten hohe Abtriebsdrehmomente von bis zu 282.000 Nm und eignen sich damit für den Einsatz in Heavy Duty-Anwendungen wie dem beschriebenen Klappbrückenbeispiel oder auch für Rührwerke, Bandantriebe, Mischer, Mühlen, Trommeln oder Brecher. Dank des besonders verwindungssteifen, einteiligen Block-Gehäuses erreichen sie eine höhere Lagerlebensdauer als Teilfugengetriebe und gewährleisten eine effiziente Kraftumsetzung sowie hohe Toleranz gegenüber Lastspitzen und Schlägen. Große reibungsarme Wälzlager sorgen für eine extrem hohe Radial- und Axial-Belastbarkeit sowie Langlebigkeit. Höchste Achsgenauigkeit garantiert zudem einen geräuscharmen Lauf. Der Hersteller bietet die Industriegetriebe als Stirnradgetriebe oder Kegelstirnradgetriebe an. Sie decken einen Übersetzungsbereich von 5,60:1 bis 400:1 sowie mit Vorgetriebe bis zu 30.000:1 ab. Für die optimale Integration in die Anlage stehen Montageflächen auf allen sechs Getriebeseiten zur Verfügung, sodass flexible Wellenanordnungen und universelle Einbaulagen möglich sind.

Die Industriegetriebe fertigt Nord in elf Baugrößen als drei- oder vierstufige Kegelstirnradgetriebe und zwei- oder dreistufige Stirnradgetriebe. Speziell für Anwendungen, in denen geringe Übersetzungen in Kombination mit hohen Leistungen gefragt sind, hat der Hersteller zusätzlich die zweistufigen Kegelstirnradgetriebe der Maxxdrive-XT-Baureihe entwickelt. Diese Serie besteht aus sieben Baugrößen, ist standardmäßig mit einem stark verrippten Block-Gehäuse und einem integrierten Axiallüfter ausgerüstet. Durch die vergrößerte Oberfläche und die Luftführungshauben wird die Luftkühlströmung optimiert und eine sehr hohe thermische Grenzleistung erreicht. So kann in vielen Fällen auf zusätzliche Kühloptionen verzichtet werden. Große Wälzlager und Achsabstände erhöhen die Belastbarkeit und Lebensdauer der Komponenten.

Gerade bei Antriebssystemen für Heavy Duty-Aufgaben kommt zum Dreiklang aus Industriegetriebe, Elektromotor und Frequenzumrichter ein viertes wichtiges Element hinzu: das Condition Monitoring. Industriegetriebe-Installationen sind meist in sensiblen Anwendungen im Einsatz, deren Ausfall hohen Schaden verursachen kann. Hier kommt Condition Monitoring für Predictive Maintenance ins Spiel: Auf Basis intelligenter Algorithmen und Software in Verbindung mit einer IIoT-Umgebung können die vernetzten Antriebe ihre Zustandsdaten in der umrichtereigenen PLC sammeln und zusammen mit den Daten angebundener Sensoren oder Aktoren vorverarbeiten. Die Ergebnisse der Vorverarbeitung oder die kompletten Daten werden wahlweise an ein Edge Device übertragen. Dort werden die Daten aller Subsysteme verwaltet und ausgewertet. Diese stehen dann als vorselektierte und aufbereitete Smart Data für die weitere Verwendung und übersichtliche Visualisierung zur Verfügung. So lassen sich ungeplante Stillstandzeiten signifikant verringern und eine zustandsorientierte Instandhaltung (Predictive Maintenance) tritt an die Stelle der zeitbasierten Wartung.