Mahltechnologie in der Zementindustrie Gelungener Austausch von Zahnkränzen

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Kugelmühlen sind die weltweit dominierende Mahltechnologie in der Zementindustrie. Der Betreiber eines tschechischen Zementwerks entschied sich bei der Modernisierung von zwei Kugelmühlen, die Antriebseinheiten neu zu dimensionieren.

In der Tschechischen Republik betreibt Cemex in Prachovice, etwa 100 km östlich von Prag, das zweitgrößte Zementwerk des Landes. Hier werden auf zwei identischen, 15 Meter langen Kugelmühlen bis zu 5.000 Tonnen Klinker am Tag zu fertigem Portlandzement gemahlen. Jede Kugelmühle wird von einem Zahnkranz in Bewegung gesetzt. Pro Mühle übertragen jeweils zwei 2.250-kW-Asynchronmotoren die Leistung über Getriebe auf zwei separat gelagerte Ritzel. Die Ritzel sind mit dem Zahnkranz im Eingriff und beaufschlagen diesen mit dem Drehmoment. Zahnkranz und Mantelfläche der Kugelmühle werden über Montageflansch und Schraubverbindungen verbunden.

Bei einer Befundung der Mühlenantriebe im Frühjahr 2017 zeigten die beiden Zahnkränze wie auch die vier Ritzel bereits erhebliche Verschleißerscheinungen. Geschwächte Verzahnungen, bei denen ein fortschreitendes Schadensbild zu beobachten ist, können im weiteren Betrieb zu einem Ausfall des Antriebs und somit der gesamten Anlage führen. Rasch ergeben sich daraus lange Stillstandzeiten, was wiederum zu Lieferengpässen und hohen Produktionsausfallkosten führt.

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Um die Verfügbarkeit der Zementmühlen auch künftig sicherzustellen, entschied sich Cemex für den Austausch der beiden Zahnkränze, der insgesamt vier antreibenden Ritzel sowie der zwei Hauben des Zahnkranzes. Die Getriebe wurden, ausgehend von dem noch sehr geringen Verschleißgrad, als unkritisch eingestuft und daher nicht ausgewechselt.

Moderne Werkstofftechnologie

Bei den Zahnkränzen verwendet SEW-Eurodrive ausschließlich hochfestes, bainitisches Gusseisen mit Kugelgraphit (Austempered Ductile Iron, ADI). Die Eigenschaften dieses Werkstoffes sind jenen klassischer Zahnkranzwerkstoffe wie Stahlguss überlegen – so hat der von SEW eingesetzte ADI-Guss eine Mindestzugfestigkeit von 1.000 MPa und eine Mindestdehnung von 5 Prozent. Um die geforderten mechanischen Eigenschaften zu erreichen, ist eine Wärmebehandlung erforderlich. Sie führt dazu, dass sich die gewünschte Mikrostruktur einstellt und der Werkstoff hohe zulässige Festigkeitswerte aufweist. Die aus den guten Kaltverfestigungseigenschaften des Werkstoffes resultierende Kontaktermüdungsfestigkeit macht die Zahnkränze bei richtiger Dimensionierung, Belastung und Schmierung sehr widerstandsfähig und praktisch verschleißfrei. Zudem kann durch den Einsatz von ADI-Guss der Zahnkranz deutlich kompakter und leichter ausgeführt werden als bei der klassischen Lösung.

Segmentierte Bauart

Ein weiteres Merkmal des Zahnkranzes ist seine Mehrteiligkeit. Herkömmliche Zahnkränze bestehen in der Regel aus zwei bis vier Segmenten, die zusammenmontiert bearbeitet werden. Bei der Lösung von SEW-Eurodrive ist der Zahnkranz mehrteilig ausgeführt. Jedes der Segmente ist, abhängig vom Gesamtdurchmesser des Zahnkranzes, mit Abmessungen von ein bis zwei Metern sehr kompakt gestaltet. Die hohe Ausgangsteilungsgenauigkeit der Konstruktion von SO 8 bzw. AGMA 9 führt zu einem optimalen Laufverhalten. Abguss, Bearbeitung, Wärmebehandlung und die Feinbearbeitung finden für jedes Zahnkranzsegment einzeln statt. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Qualität des Zahnkranzes unabhängig vom Durchmesser immer identisch ist – unabhängig davon, ob es sich um vier oder um sechzehn Meter handelt.

Die Handhabung der einzelnen Segmente oder Bauteilgruppen vereinfacht sich erheblich. So ist es möglich, die Segmente in zwei Zahnkranzhälften vorzumontieren und in herkömmlicher Montage an der Applikation zu befestigen oder einzeln, Segment für Segment an der Trommel zu montieren. Die Montage der Einzelsegmente ist besonders bei beengten Platzverhältnissen vorteilhaft. Darüber hinaus sind keine speziellen Transportarrangements mehr notwendig. Mehrteilige Zahnkränze lassen sich in normalen Containern transportieren. Sollte es einmal zu einem Schaden an der Verzahnung des Zahnkranzes kommen, können einzelne Segmente getauscht werden, ohne den ganzen Ring zu demontieren.

Gemeinsam erfolgreich

Die Arbeiten an der ersten Kugelmühle begannen im Frühjahr 2018. Dem vorausgegangen war eine detaillierte Projektierung und Auswahl der Antriebskomponenten, an der neben dem Stammhaus in Bruchsal auch die tschechische Landesgesellschaft SEW-Eurodrive CZ s. r. o. sowie das SEW-Lieferwerk für Zahnkränze in Tianjin, China, beteiligt waren. Für die Dimensionierung der Verzahnungsgeometrie wurde neben der Zahnfuß- und Zahnflankenberechnung nach ISO 6336 auch eine Finite-Elemente-Simulation durchgeführt. Mit den Montagearbeiten wurde der lokale Dienstleister MZP - Montáže Přerov a.s. aus dem mährischen Přerov, etwa 80 km nordöstlich von Brünn, beauftragt. Die Montageaufsicht sowie die die Testläufe erfolgten gemeinsam mit den Experten von SEW-Eurodrive. Heute laufen beide Mühlen störungsfrei und sorgen dafür, dass die Produktion am Cemex-Standort in Prachovice auch künftig sichergestellt ist. 

* SEW-Eurodrive GmbH & Co. KG, Bruchsal E-Mail-Kontakt: sew@sew-eurodrive.com

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