Stromkosten um 80% reduzieren

Die Kosten für Energie sind in aller Munde und die Möglichkeiten zur Einsparung begrenzt. BRECOroll, eine Innovation aus dem Hause BRECO, eröffnet der Industrie in Anlagen mit langen Transport-Riementrieben einen Weg zur deutlichen Reduzierung des Energieverbrauchs und zu kleineren, günstigeren Antriebsmotoren.

Zahnriemen, die für Materialtransportaufgaben eingesetzt werden, sind meist sehr lang. Fast immer liegt das Lasttrum des Riemens in einer Tragschiene, die den Riemen seitlich führt und die die Gewichtskräfte der auf dem Riemen liegenden Werkstücke und des Riemens selbst aufnimmt. Zwischen Riemen und Auflageschiene entsteht dadurch Reibung.

Der größte Teil der Antriebsleistung dient dazu, diese Selbsthemmung des Systems zu überwinden. Dabei wird der Trieb mit großen Kräften befrachtet, erzeugt Wärme und läuft mit schlechtem Wirkungsgrad.

Zahnriemen für den Materialtransport werden daher standardmäßig mit einem Gewebe auf der Zahnseite beschichtet. Dies reduziert den Reibbeiwert zwischen Zahnriemen und Tragschiene von μ=±1,0 auf μ=0,5 bis 0,6.

Mit der Halbierung der Reibung erzielen die Zahnriemen hohe Laufleistungen bei geringer Verschleißrate. Was bleibt, ist immer noch ein signifikanter Energieverbrauch, der durch die Reibung zwischen Zahnriemen und Tragschiene verursacht wird.

Aufgrund der geringen Antriebsleistung der Motoren, mit 0,38 bis 2 kW wurde dem Energieverbrauch bislang in der Praxis keine weitere Beachtung geschenkt. Eine Fehleinschätzung, wie ein kleines Berechnungsbeispiel zeigt:

Für ein Förderband, das 20 Werkstücke à 10 kg, also eine Last von insgesamt 200 kg, mit v=1 m/s transportieren soll, beträgt die Verlust- bzw. Reibleistung Pᵥ:

Pᵥ=μ ∙ m ∙ g ∙ v

    =0,5 ∙ 200 kg ∙ 10 m/s² ∙ 1 m/s

    =1 kW

Die üblicherweise eingesetzten Schneckengetriebemotoren verfügen über einen Gesamtwirkungsgrad von ca. 0,75. Der Wirkungsgrad des Riementriebes (ohne Tragschiene) kann hier vernachlässigt werden. Damit muss der Motor für die Reibleistung zwischen Riemen und Tragschiene in unserem Beispiel 1,0 kW/0,75 = 1,33 kW aufbringen. Im Einschichtbetrieb beträgt die jährliche Maschinenlaufzeit unter Berücksichtigung durchschnittlicher Werte für Feiertage, Urlaub, Krankheitstage, Instandhaltung etc. gut 1.600 Stunden. Der jährliche Stromverbrauch durch die Reibung summiert sich im Einschichtbetrieb pro Riementrieb damit immerhin auf 2.133 kWh. Dies entspricht in etwa dem Jahresstromverbrauch eines 2-Personenhaushaltes.

Mit mehreren Riementrieben und 2-/3-Schichtbetrieb steigt die Verlustleistung auf ein Maß, dem man aus Gründen der Betriebskosten und des CO₂-Footprints Beachtung schenken sollte. Wie sieht nun die Lösung aus?

Die Idee, die Gewichtskräfte in die Tragschiene nicht über einen gleitenden Zahnkopf, sondern über Rollen abzuleiten, ist naheliegend, aber keineswegs trivial zu lösen. Konzepte mit Rollen in der Tragschiene erwiesen sich als zu teuer und nachteilig für die Funktion des Zahnriemens. Die Lösung: Die Rollen in den Riemenzahn integrieren.

Eine Grundbedingung für die Position der Rollen besteht darin, dass sie über den Zahnkopf herausragen müssen, damit die Rollen und nicht die Zahnköpfe auf der Tragschiene aufliegen. Um zu verhindern, dass die Rollen jedoch beim Einlauf in die Riemenscheibe den Zahnriemen nicht abheben und so hohe Zwangskräfte verursachen, wurde speziell der T20 ausgewählt. Der T-Zahnriemen ist ein sogenannter Lückenträger. Die Zahnköpfe des Riemens berühren hier nicht den Zahngrund der Riemenscheibe. Diese Lücke beträgt beim T20 0,8 mm. Die Rolle kann damit wenige Zehntel aus dem Zahnkopf hervorstehen und ihre Funktion zur Ableitung der Kräfte auf der Tragschiene übernehmen. In der Riemenscheibe „schwebt“ die Rolle sozusagen frei in der Zahnlücke. Der Durchmesser der Rolle ist so dimensioniert, dass sie nicht über die Riemenzahnflanke herausragt. Damit läuft der BRECOroll T20 in jeder Standard-Riemenscheibe ausgezeichnet. Übrigens: Die Zugträger werden durch die Rolle nicht unterbrochen.

Der BRECOroll bietet einen Reibbeiwert von +-0,1 und verursacht im Vergleich zu einem PAZ-kaschierten Zahnriemen damit nur 20 % der ursprünglichen Verlustleistung (0,2 kW). In unserem Berechnungsbeispiel lassen sich mit dem BRECOroll von den jährlichen 2.133 kWh ganze 1.706 kWh pro Riemen im Einschichtbetrieb einsparen. Und: Der Antriebsmotor kann um 0,93 kW (0,8 kW/0,75) kleiner dimensioniert werden.

Der BRECOroll ist bis zu Geschwindigkeiten von 1 m/s und mit Flächenlasten bis 3 kg je Rolle (3kg/ 40 cm²) einsetzbar. Diese Limits sind für die meisten Materialtransportaufgaben in automatisierten Fertigungsprozessen völlig ausreichend. Da der BRECOroll auf einem Standard-T20-Zahnriemen basiert, handelt es sich um ein Hunderttausendfach erprobtes Produkt, welches mit der reduzierten Verlustleistung Betreiber darin unterstützt, Betriebskosten und den CO₂-Footprint ihrer Anlagen zu reduzieren.

Garbsen, 11.05.2023
Mulco-Europe EWIV