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BTU
Das Laufverhalten von Tragrollen wird maßgeblich von der Geometrie des Tragrollenmantels bestimmt. Die akustische Wirkung wird durch die Schallleistung ermittelt, wobei sich eine Korrelation zwischen der Kreisformabweichung des Tragrollenmantels zur Schallleistung ergibt.Weitere Auswirkungen ergeben sich durch eine stoßhafte Anregung auf die Lebensdauer der Tragrollenlagerung.
Das Begleitbuch für das gesamte Maschinenbaustudium, Umfangreiche Übersichten und Gegenüberstellungen von Konstruktionslösungen, Zahlreiche illustrierte praxisbezogene Beispiele, Konkrete Umsetzung der Konstruktionsregeln in die tägliche Anwendung des Konstrukteurs, Additive Fertigung/3D-Druck und zu strukturierten Blechen
Die Erfassung der Eigenschaften von Tragrollen und Fördersystemen ist nicht nur im Rahmen der Fertigung und Qualitätssicherung erforderlich, sondern insbesondere auch nach Inbetriebnahme und während der gesamten Laufzeit der Förderanlage. Im Regelfall erfolgt kurz nach der Erstinbetriebnahme die Abnahmekontrolle durch den Hersteller oder Anlagenbetreiber, indem die im Pflichtenheft aufgeführten Parameter überprüft werden.
Bei Inbetriebnahme:
- grundsätzliche Funktionskontrolle mit und ohne Fördergut
- Anlaufverhalten
- Kontrolle auf Gurtschieflauf
- Ausrichtung der Gerüstfelder und Tragrollengirlanden
- akustische Abnahme für immissionsrelevante Anlagen
- zusätzlich Gurtspannung, Kontrolle der Getriebe, Antriebe und Gurttrommeln hinsichtlich elektrischer Parameter, Schlupf usw.
Im Zuge des Betriebs tritt kontinuierlicher Verschleiß, insbesondere im Bereich der Tragrollen auf. Um ungeplante Stillstände und Störungen zu vermeiden, werden verschiedene Kontrollen und Instandhaltungsmaßnahmen durchgeführt (Lars Sternitzke, LEAG, 2021):
- regelmäßige Kontrollfahrten durch z.B. mobilen Löschtrupp, Überprüfung auf grobe optische und akustische Auffälligkeiten
- automatische Wärmebildkameras zur Detektion von Heißläufern, insbesondere bei brandgefährdeten Anlagen (Kohle)
- jährliche Schallmessungen bei immissionsrelevanten Anlagen
Design of an energy-autonomous sensor with wireless data data transmission for use on rollers
(2023)
Mechanically moving parts such as rollers in belt conveyor systems are subject to wear and tear that limits their service life. Damage causes loss of production as well as damage to the entire production plant. A system design is presented with which it is possible to record and wirelessly transmit relevant measured values in or on rollers without an additional voltage source. The system should work largely maintenance-free and be realisable with components currently freely available on the market.
Die Minderung der Geräuschemission von Hochleistungsgurtförderanlagen in Tagebauen stellt in Verbindung mit höheren Anforderungen des Umweltschutzes und der Akzeptanz in der Bevölkerung ein Problem dar. Zum
einen gilt es Mensch und Umwelt vor Lärm zu schützen und zum anderen ist es für den Betreiber schwierig, die gesetzlichen Auflagen für den Betrieb solcher Anlagen zu erfüllen. Untersuchungen haben gezeigt, dass Tragrollen die
Hauptschallquellen dieser Gurtförderanlagen sind. Im Rahmen einer Baugruppenprüfung werden in Kooperation mit der Lausitz Energie Bergbau AG (LEAG) akustische und mechanische Kenngrößen von Tragrollen auf einem
Prüfstand (TPS) an der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg untersucht.
Umfassende Untersuchungen von Lagerausfällen bei Tragrollen mit einer Lagergröße ab über 6306 ergaben zu geringe Werte für das Axialspiel, welche sich als Schadensursache herausstellten. Da in der DIN 22112 Teil 2 lediglich Grenzwerte für die axiale Verschiebbarkeit für Tragrollen bis zu einer Lagergröße 6306 aufgeführt werden, war eine Bewertung von Tragrollen mit größeren Lagern im Sinne der Qualitätskontrolle bisher nicht möglich. Ausgehend von den Schadensbildern werden die theoretischen Zusammenhänge in Bezug auf den Lagerverschleiß erörtert. In Zusammenhang mit den wirkenden Belastungen auf die Tragrollen werden geeignete Grenzwerte für die axiale Verschiebbarkeit ausgearbeitet, welche die LEAG (Lausitz Energie Bergbau AG) in die aktuellen Lieferanforderungen für Tragrollen aufnahm. Weiterhin wird ein Axialspielprüfgerät vorgestellt, welches im Vergleich zu der vorgestellten Messeinrichtung aus der DIN 22112 Teil 3 präzisere Messergebnisse unabhängig von dem Achsgewicht der jeweiligen Tragrollen liefert.
Im Labor für Fördertechnik an der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg besteht ein langjähriges Engagement in der Untersuchung von Geräuschemissionen an Tragrollen für Hochleistungsgurtförderanlagen.
Durch ständige Optimierungen und technische Verbesserungen an den
Tragrollen konnte die Lärmentwicklung beim Betrieb der Anlagen um ein
Vielfaches reduziert werden. Im Gegensatz dazu sind jedoch die
Produktionskosten für die Herstellung von lärmgeminderten Tragrollen im Vergleich zur herkömmlichen Bauart gestiegen. Eine Maßnahme zur
Geräuschreduzierung besteht dabei in der Oberflächenbearbeitung des
Tragrollenmantels mit vorgegebenen Toleranzen für die Exzentrizität der Drehachse und der Kreisformabweichung von der idealen Zylinderform.
Ausfallstatistiken der LEAG1 lassen jedoch den Schluss zu, dass es durch die Bearbeitung der Mantelfläche (i.d.R. Überdrehen) ebenfalls zu einer Steigerung der Lebensdauer der Tragrollen kommt.
Um das Schädigungsverhalten bei unterschiedlichen Kraftanregungen zu
untersuchen, wurde ein Verschleißprüfstand entwickelt, konstruiert und gebaut.
Mit dessen Hilfe ist es möglich, die dynamischen Kräfte, welche durch die Tragrollenmantelgeometrie über die Exzentrizität und die Kreisformabweichung impliziert werden, zu untersuchen. Ziel der derzeitigen Arbeit ist es, die für die Versuche notwendigen Randbedingungen und Parameter festzulegen. Auf den Ergebnissen aufbauend soll anschließend mit einer Reihe von empirischen
Versuchen der Schädigungseinfluss auf die Wälzlager geprüft werden. Es ist beabsichtigt, die Toleranzen für die Geometrie, die Oberflächengüte und die Auswuchtgüte auf das erforderliche Maß anzupassen, um damit den Herstellungsaufwand und die Produktionskosten zu senken. Dadurch soll ein optimaler Kompromiss aus niedrigen Produktionskosten, geringen Werten für die Geräuschemission und langer Lebensdauer gefunden werden.
Die besonderen geologischen Verhältnisse in den Lausitzer
Braunkohletagebauen ermöglichen die Gewinnung der Braunkohle unter einem hohen Einsatz an Stetigförderern im offenen Abbau – dem sogenannten Tagebau. Stetigförderer gehören zu den effizientesten Fördermitteln, sie benötigen nur wenig Energie und fast kein Personal. Neben dem Fördergurt sind die Tragrollen ein Hauptmerkmal der Stetigförderer. Mit der Bewegung des Tagebaues entlang bewohnter Siedlungen ist es notwendig, die Geräuschemission vor allem der überirdisch angeordneten Förderer so gering wie möglich zu halten. Seit 2007 werden Tragrollen an der BTU Cottbus – Senftenberg auf ihre akustischen Eigenschaften geprüft. Durch die Zusammenarbeit mit den Herstellern konnte dadurch die Geräuschemission der Tragrollen in den letzten 10 Jahren um durchschnittlichen 10 dB reduziert
werden.
Die Akustische Kamera zur gezielten Lärmminderung und zustandsbezogenen Instandhaltung von Tagebau-Großgeräten
Kurzbeschreibung
Die Akustische Kamera ist ein bildgebendes Schallmessgerät welches in der Lage ist, Geräuschquellen zu lokalisieren und zu charakterisieren. Im Zusammenspiel mit Schalldruckpegel- und -intensitätsmessungen werden so präzise akustische Modelle von Großgeräten und Industrieanlagen erstellt. Die Anwendung dieses innovativen Messkonzepts ermöglicht es, gezielte Lärmminderungsmaßnahmen umzusetzen und so die hohen Anforderungen an den Umwelt- und Arbeitsschutz einzuhalten.
Im Vortrag erfolgt die Systemvorstellung der Akustischen Kamera, ausgehend von dem technischen Aufbau und dem Messprinzip. Anschließend gibt es Einblicke in das Messkonzept zur gezielten Lärmminderung am Beispiel von Entstaubungsanlagen an einem Industriestandort. Die Grundlage liefert dabei die Lokalisierung der Hauptschallemittenten, auf dessen Basis die akustischen Modelle erstellt werden. Darauf aufbauend werden geeignete Lärmminderungsmaßnahmen entwickelt und umgesetzt. Die im Anschluss durchgeführten Abnahmemessungen bestätigen die Wirksamkeit der Maßnahmen.
Weiterhin erfolgt die Präsentation eines zustandsbezogenen Instandhaltungskonzeptes für Gurtförderanlagen. Die Datenbasis für die Beurteilung des Anlagenzustands liefern dabei regelmäßige Schallintensitäts- und Schalldruckpegelmessungen. Der so betreute Förderer weist nach über fünf Jahren Einsatzzeit Geräuschemissionen auf, welche im Bereich der Neuanlage liegen.
Die Präsentation liefert eine Zusammenfassung umfangreicher praktischer Erfahrung aus den Bereichen der Lärmmessung und Umsetzung von Schallminderungsmaßnahmen.
Während im Tagebau früher das Augenmerk primär auf einen zuverlässigen und wirtschaftlichen Abbau und Transport von Rohstoffen gerichtet war, spielen heutzutage noch einige andere Aspekte eine entscheidende Rolle. Da die Abbaugebiete immer weiter in besiedelte Gegenden vordringen und die Vorgaben im Umweltschutz sich verschärfen, ist der Betreiber in zunehmendem Maße bestrebt, unter anderem die Geräuschemissionen der Tagebaugroßgeräte zu senken. Da sich speziell Gurtförderanlagen im Bereich des Vorschnitts über große Entfernungen erstrecken und an den Rändern der Tagebaue verlaufen, tragen diese zu einem großen Teil zur Geräuschemission bei. Tragrollen sind oft zu Tausenden in den Förderanlagen verbaut und bei der akustischen Wirkung von entscheidender Bedeutung. Um eine Gesundheitsgefährdung für die beschäftigten Mitarbeiter durch Lärm zu vermeiden und die Auswirkungen auf angrenzende Siedlungen auf ein Mindestmaß zu begrenzen, existieren gesetzliche Vorschriften und Richtlinien. Die Gesetze und Verordnungen zum Umweltschutz und Arbeitsschutz sollen eine Reduzierung der Lärmimmissionen erreichen.
Laut den Immissionsrichtwerten1 der Technischen Anleitung zum Schutz gegen Lärm (TA Lärm) darf nachts in Kerngebieten, Dorf- und Mischgebieten der Beurteilungspegel von 45 dB(A) nicht überschritten werden, in reinen Wohngebieten liegt die Grenze sogar bei 35 dB(A). Zum Vergleich: Eine leise Unterhaltung oder leise Musik wird mit einem Schalldruckpegel von 40 dB(A) angegeben.
Der durch den Betrieb der Gurtförderanlagen entstehende meterbezogene Schallleistungspegel LW beträgt im Durchschnitt etwa 80 bis 100 dB(A). Durch Reduktion der Schallemission könnten die Planungen der Streckenverläufe optimiert werden, was zu wirtschaftlichen Einsparungen führt. Weiterhin ist, wenn die für Tagebauanlagen zu beachtenden Richtwerte eingehalten werden, auch die Genehmigung für die Einrichtung und den Betrieb solcher Anlagen einfacher abzusichern.
Um genaue Kenntnisse über die Schallemission von Tragrollen zu erlangen, wurde in Zusammenarbeit der ehemaligen VEM AG (jetzt LEAG) und der ehemaligen Hochschule Lausitz (jetzt BTU Cottbus-Senftenberg) ein Tragrollenprüfstand entwickelt.
Im Rahmen einer Baugruppenprüfung auf diesem Prüfstand werden akustische und mechanische Kenngrößen von Tragrollen untersucht.
Bestandteile dieser Untersuchungen sind:
- Hochfahrprüfläufe – Dabei wird eine Tragrolle unter Prüflast auf eine Umfangsgeschwindigkeit von 10 m/s beschleunigt und der Schalldruckpegel aufgezeichnet. Dies ermöglicht die Berechnung der Schallemission in Abhängigkeit von der Umfangsgeschwindigkeit.
- Ermittlung des Abklingverhaltens – Durch Anschlagversuche wird das Eigenschwing- und Dämpfungsverhalten einer Tragrolle erfasst.
- Erfassung der Tragrollengeometrie – Die präzise Beschreibung der Geometrie des Tragrollenmantels ermöglicht Rückschlüsse auf mögliche Anregungsursachen.
Die vorgestellten Untersuchungen betrachten die akustische Wirkung von Anbackungen an Tragrollen und der daraus resultierenden Unwucht sowie einer mit verschiedenen Unwuchten behafteten Prüfrolle am Tragrollenprüfstand mit geringer Außermittigkeit der Drehachse und definiert angebrachten Klebestreifen auf der Manteloberfläche. Dazu treibt eine Walze die über Gummidämpfer eingespannte Prüfrolle an. An der Kontaktzone werden Belastungen von etwa 3,5 kN eingestellt. Die geprüften Unwuchtpaare liegen in den beiden Radialebenen (Seitendeckel) gegenüber sowie um 180 Grad versetzt. Stufenweise wird mit Massestücken die Unwucht erhöht sowie weiterführend erst phasengleich, dann ergänzend um 180 Grad versetzt Klebestreifen auf dem Tragrollenmantel angebracht. Die Klebestreifen simulieren reproduzierbar Anbackungen, welche sich gegenüberliegend hinsichtlich ihrer Unwuchtmasse ausgleichen. Jeweils wird der sich einstellende Istzustand von Restunwuchtmasse und Schallleistungspegel ermittelt. Nach den Literaturangaben ist eine Erhöhung der Schallleistung mit steigender Unwucht und bei Anbackungen zu erwarten.
Im Ergebnis zeigen Anbackungen eine hohe Wirkung auf die Geräuschemission von Tragrollen, was den Schluss nahelegt, dass kein Zusammenhang zwischen Unwucht und Geräuschemission besteht.
Mit der weiterführenden Untersuchung zur Prüfung der akustischen Wirkung durch zusätzliche Unwuchtmassen an einer Tragrolle war keine Erhöhung der Schallemission am Tragrollenprüfstand nachzuweisen. Dafür wurde gegenüber der ersten Untersuchung (2018) bei der Umfangsgeschwindigkeit 7,5 m/s die dabei überschrittene Gütestufe 100 auf die Gütestufe 250 gesteigert.
Die Untersuchungen erfolgten mit unterschiedlichen lärmgeminderten Tragrollen gleichen Typs, jedoch unterschiedlicher Ausführungsform. Dabei war eine Tragrolle (0611) mit einer Innendämpfung versehen und die andere Rolle (0609) ohne Dämpfungsmaterial. Im Zusammenhang mit den durchgeführten Versuchen folgt daraus, dass die Eigendämpfung einer Tragrolle die Ergebnisse nicht beeinflusst.
Die Ergänzung des Unwuchtversuches mit den Klebestreifen zeigte einen direkten Zusammenhang zwischen geometriebedingter Anregung (Kreisformabweichung) und Schallemission. Die Eigenmasse der Klebestreifen ist klein gegenüber den an den Seitendeckel angebrachten Unwuchtmassen. Diese Eigenmassen der Klebestreifen heben sich bei den Versuchen mit zwei Klebestreifen, die 180° auf dem Tragrollenmantel gegenüberliegend angebracht wurden, gegenseitig auf. Die Anregung zur Schallabstrahlung erfolgte über die Kreisformabweichung, was mit Hilfe der Verdopplung der Anregung und der daraus resultierenden Pegelerhöhung von 3 dB nachzuweisen war. Daraus folgt, dass die Fördergutanbackungen an Tragrollen im Tagebau nicht durch die entstandene Unwucht, sondern nahezu ausschließlich durch die Geometrieveränderung auf dem Tragrollenmantel die Geräuschemission erhöhen.
Aus den Untersuchungen heraus bleibt die These zulässig, dass bisher kein kausaler Zusammenhang zwischen Unwucht und Geräuschemission bei Tragrollen für Gurtförderanlagen nachzuweisen ist.
Die ersten Ergebnisse der Feldversuche weisen auf eine Bestätigung der Ergebnisse am Tragrollenprüfstand hin. Das bedeutet, dass durch die Einhaltung von Geometrievorgaben eine weit höhere Auswuchtgüte für Tragrollen bei den untersuchten Gurtgeschwindigkeiten bis 7,5 m/s toleriert werden kann. Hier sind Kostenreduzierungen oder zumindest Vereinfachungen im Fertigungsprozess bei der Herstellung von lärmgeminderten Tragrollen für ebenerdige Gurtförderanlagen möglich.
Abklingverhalten und Dämpfungseigenschaften von Tragrollen zur Lärmminderung an Gurtförderanlagen
(2016)
Rotating parts such as shafts, gear wheels, ball bearings or rollers are subject to wear that limits their life cycle. Damage causes loss of production and consequential damage to the entire pro- duction plant. Based on the application in a support roller, a system design is presented with which it is possible to record and wirelessly transmit relevant measured values in or on rotating machines without an additional voltage source. The system is largely maintenance-free and can be implemented with components that are currently freely available on the market.
Rotating parts such as shafts, gear wheels, ball bearings or rollers are subject to wear that limits their lifetime. Damage causes production downtime and consequential damage to the entire production plant. This system design makes it possible to record and wirelessly transmit measured values on rotating parts without an additional voltage source. The prototype is presented using the example of an application on a support roller and the economic efficiency of the system is
analysed.
Belt conveyors are highly efficient systems used in mining and other industries to transport bulk materials, mainly brown coal and overburden, over distances ranging from short distances to several kilometres. For technical reasons, their operation is associated with noise emissions. During inspections and maintenance this can lead to increased noise exposure of employees. In the vicinity of residential buildings or in areas needing protection, exceeding the emission limits can lead to a temporary restriction of the operation of these high performance installations. Measures are required to reduce the noise impact primarily at the source or in the immediate vicinity. The acoustic and mechanical parameters are investigated on a test bench at the Technical University of Brandenburg (BTU) Cottbus-Senftenberg as part of the drive assembly tests in cooperation with LEAG. The stages of these tests are: Run-up test. In this test the supporting roller is accelerated under test load to a circumferential speed of 10 m/s and the sound pressure level is recorded. This makes it possible to calculate the sound emission as a function of the peripheral speed; Recording the geometry of the idler gear. An accurate description of the geometry of the idler housing allows conclusions to be drawn about the possible causes of excitation. The defined characteristics serve to quantify the acoustic effect of the driven rollers and derive specifications for use in belt conveyor systems. Based on the special requirements to the planned belt conveyor system, an adapted selection of low-noise idler rollers can be made at an early stage on the basis of specified parameters and confirmed test results.
Labyrinthdichtringe (LDR) in Tragrollen von Gurtförderern bestehen aus mehreren Elementen welche im Betrieb aneinander "reiben" sollten (LDR außen, Fett, LDR innen) und sich infolge dessen erwärmen können. Eine weitere Erwärmung kann durch die wirkenden Kräfte und Wettereinflüsse erfolgen. Die Erwärmung überträgt sich auf das Schmiermittel und beeinflusst damit die Schmierfähigkeit sowie das Fließverhalten des
Schmiermittels. Der Labyrinthdichtring einer Tragrolle wurde für die Untersuchung der Eigenerwärmung mit Temperatursensoren ausgerüstet. Auf einem Tragrollenprüfstand der BTU Cottbus-Senftenberg wurden während mehrerer Langzeitversuche die Temperaturen gemessen und aufgezeichnet. Die aufgenommenen Temperaturkurven zeigen den typischen Verlauf eines Verzögerungsgliedes 1.Ordnung wobei die Aufheiz- und
Abkühlkurven unterschiedliche Zeitkonstanten aufweisen. Außerdem zeigen sich teilweise kurz vor dem Übergang zum stationären Zustand weitere kurzzeitige Temperaturerhöhungen. Die Untersuchungen dienen als Vorarbeiten für weitere Messungen und Optimierungen an Labyrinthdichtringen von Tragrollen.
Rotating parts such as shafts, gear wheels, ball bearings or idlers are subject to wear that limits their service life. Damage causes production downtime and consequential damage to the entire production plant. Based on the application in an idler roller, a system design is presented with which it is possible to record and wirelessly transmit relevant measured values in or on rotating machines without an additional voltage source. The system is largely maintenance-free and can be realised with components that are currently freely available on the market.