KUPPLUNGSTECHNIK IN DER ZEMENTPRODUKTION

Ob Einfamilienhaus, Staudamm, Hängebrücke, Fußballstadion oder Fahrbahndecke: Beton ist das Baumaterial der Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft. Als ein Gemisch, im Wesentlichen hergestellt aus Gesteinskörnung, Wasser und Zement stellt Beton ein Baumaterial dar, welches an Robustheit und Beständigkeit fast unschlagbar ist. Einen wesentlichen Grundstoff bildet dabei das hydraulisch wirkende Bindemittel Zement. Dieser besteht maßgeblich aus Calciumcarbonat. Feingemahlen und in Verbindung mit Wasser erstarrt dieser, härtet aus und verbleibt beständig in seinem Zustand.

Man unterscheidet Zement heute in fünf Hauptgruppen. Diese werden in weitere 27 genormte Sorten unterteilt, je nach Zugabemenge ihrer Hauptbestandteile. Spezifiziert wird dies u.a. in der DIN EN 197-1. Die verschiedenen Sorten richten sich nach dem jeweiligen Einsatzzweck. Je nach Art und Menge des Zuschlagstoffes verbessern sich die physikalischen Eigenschaften z.B. hinsichtlich Verarbeitbarkeit oder Wasserrückhaltevermögen.

Stillstandszeiten vermeiden

Die Herstellung von Zement ist ein aufwendiger Prozess, bei dem auch der Antriebstechnik eine zentrale Bedeutung zugedacht wird. Für den besonderen Bereich der Kupplungstechnik konnte R+W in den letzten Jahren erfolgreiche Entwicklungen beisteuern.
Angefangen bei der Rohstoffgewinnung muss der Kalkstein auf eine Mindestkörnung von max. 25mm gebrochen werden. Die semimobile Brecheranlage erzeugt dabei rund 2500 t/h Schotter. Da nicht ausgeschlossen werden kann, dass neben dem vergleichsweise weichen Kalkstein auch andere, viel härtere Komponenten (z.B. Fremdmaterial, harte Gesteinssorten) in den Brechprozess gelangen, müssen die teuren Werkzeuge des Brechers vor Drehmomentspitzen geschützt werden. Zu diesem Zweck wurde eine Sicherheitskupplung vom Typ TORQSET ST1/60 mittels Flanschanbindung zwischen einer Anlaufkupplung und einer zum Getriebe führenden Kardangelenkwelle integriert. Bei einem vordefinierten Drehmomentstoß von 28000 Nm trennt die Kupplung im Bereich von wenigen Millisekunden den kompletten Kraftfluss und schützt somit den gesamten Antrieb vor teuren Schäden. Dies bewahrt den Anlagenbetreiber vor kostspieligen Reparaturen und langen teuren Stillstandszeiten.

Im nächsten Schritt wird das vorhomogenisierte und zwischengelagerte Ausgangsmaterial mahlgetrocknet. Dies geschieht innerhalb einer Kugelmühle. Diese besteht aus einem zylindrischen Hohlkörper von etwa sechs Metern Länge und einem Durchmesser von zwei Metern, der in Rotation um die Längsachse versetzt wird. Im Innern befinden sich Kugeln aus Chromstahl, die durch die anfallenden Stoßbewegungen das Mahlgut aufbereiten. Als Antrieb dient ein Hochspannungsmotor mit einer Leistung von 1800kW bei 500 U/min. Als Verbindungselement zwischen Motor und Getriebe lieferte R+W eine kompakte und extrem robuste Bogenzahnkupplung vom Typ BZ1/450. Diese überträgt das Nenndrehmoment von fast 35000 Nm und gleicht etwaige Fluchtungsfehler zwischen den Wellen aus.  Der Versatzausgleich der Zahnkupplung erfolgt über die hochgenaue Verzahnung von Kupplungsnabe und Flanschteil. Diese übertragen das Drehmoment spielarm und torsionssteif. Die Geometrie der Verzahnung ermöglicht eine hohe Lebensdauer, auch ohne Versatz. Die wartungsarme Kupplung ist ausgelegt auf ein Spitzenmoment von 90000 Nm und bietet so ausreichende Sicherheiten für kurzzeitig erhöhte Drehmomente z.B. bei Anfahren der Mühle.

Ausgleich von Fluchtungsfehlern und einfache Montage

Das fertig gemahlene Rohmehl wird anschließend in etwa 40m hohen Rundsilos weiter homogenisiert. Unterschiede in der Zusammensetzung des Mehls werden über geeignete Befüllverfahren ausgeglichen.  Die Befüllung der Silos erfolgt über Becherwerke. Für die Antriebe der Becherwerke lieferte R+W die bewährte und extrem montagefreundliche Kupplungsbaureihe des Typs SERVOMAX EKH/4500. Für eine hohe Lebensdauer und Anlagenverfügbarkeit werden Motor- und Abtriebswelle bei der Montage zunächst präzise ausgerichtet. Anschließend kann die spielfreie Kupplung radial in den Antriebsstrang eingebaut werden. Die Befestigung auf den Wellen erfolgt mittels Klemmnaben in Halbschalenausführung mit zusätzlich integrierten Passfedernuten. Das schwingungsdämpfende Ausgleichselement sorgt für eine erhöhte Laufruhe im Förderwerksantrieb.

Von den Silos aus geht es zur eigentlichen Klinkerproduktion. Das Mehl wird dazu in einen Drehofen geleitet. Der eigentliche Brennvorgang erfolgt bei Temperaturen um 1450°C. Diese Temperaturen sorgen für chemische Prozesse, die das Mehl verändern. Sie erst ermöglichen die hydraulische Erhärtung des Zements.

Damit der Klinker später seine Aufgabe als Bindemittel erfüllt, muss er im chemischen Sinne reaktionsfähig sein. Dazu werden ihm in einem letzten Prozess noch weitere Nebenbestandteile wie z.B. Hüttensand, Flugasche oder Calciumsulfate beigegeben. Die Vermischung der Hauptbestandteile mit den Nebenbestandteilen und Zusätzen erfolgt in der Zementmühle. Ähnlich wie bei der Mahltrocknung kommt auch hier wieder eine Kugelmühle zum Einsatz. Angetrieben wird diese von einem Hochspannungsmotor mit 2600 kW bei 380 U/Min. Die Verbindung zwischen Motor- und Getriebewelle erfolgt erneut über eine Bogenzahnkupplung, diesmal vom Typ BZ1/800. Die Kupplung überträgt souverän das anliegende Nenndrehmoment von knapp 65000 Nm und bietet Reserven für kurzzeitige Drehmomentspitzen bis 168000 Nm. Passend zur An- und Abtriebswelle wurde die Nabe für die Motorseite mit einem Schrumpfsitz ausgelegt. Die Nabe für die Getriebewelle erhielt eine doppelte, um 180° versetzte Passfedernut.
Eine weitere technische Anforderung an die Kupplung stellte sich in der Gesamtlänge. Das lichte Abstandsmaß zwischen An- und Abtriebswelle liegt bei 1120mm. Die BZ1/800 verfügt jedoch nur über eine Gesamtlänge von lediglich 358mm. Den Brückenschlag bildet eine mittels Flansch angebundene Zwischenhülse, die quasi eine Verlängerung der Kupplung darstellt. Diese bietet R+W projektspezifisch und individuell in nahezu jeder beliebigen Länge an.

Nach dem Mischen wird der Zement in Trockensilos gebracht und vor Feuchtigkeit geschützt, um so einer frühzeitigen Erhärtung vorzubeugen. Im Bereich der Absack- und Verpackungsmaschinen bietet R+W ebenfalls eine Auswahl an verdrehsteifen und schwingungsdämpfenden Kupplungen an. Diese dienen dabei zum Beispiel der Drehgeberanbindung, die eine exakte Positioniergenauigkeit der zu befüllenden Behältnisse ermöglichen.

Fazit:

Ursprünglich als Spezialist für spielfreie Präzisionskupplungen hat sich R+W inzwischen auch eine Reputation im Schwerlastbereich erarbeitet. Wesentlich ist dabei die losgelöste Betrachtung einzelner Antriebe hin zu branchenspezifischen Erfordernissen. Dem Kunden einen Mehrwert zu bieten setzt gezielte Kenntnisse über dessen Verfahren und Prozesse einer Branche voraus.
Neben der Zementindustrie sind dies insbesondere die Prüfstandstechnik, die Drucktechnik, Abfüll- und Verpackungstechnik sowie die stahlverarbeitende Industrie. Darüber hinaus beliefert R+W weit mehr als 120 verschiedene Industriebranchen mit Kupplungstechnik.

 

Autor: Christopher Monka 


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