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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.
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.
Abklingverhalten und Dämpfungseigenschaften von Tragrollen zur Lärmminderung an Gurtförderanlagen
(2016)
Die vorgestellte Untersuchung betrachtet die akustische Wirkung einer mit verschiedenen Unwuchten behafteten Tragrolle am Prüfstand mit geringer Außermittigkeit der Drehachse. Dazu wird die über Gummidämpfer eingespannte Prüfrolle von einer Walze angetrieben. An der Kontaktzone werden Belastungen von etwa 3,5 kN eingestellt. Die geprüften Un-wuchtpaare liegen in den beiden Radialebenen (Seitendeckel) gegenüber sowie um 180 Grad versetzt. Stufenweise wird mit Massestücken die Unwucht erhöht und jeweils der sich einstellende Istzustand von Restunwuchtmasse und Schallleistungspegel ermittelt. Nach den Literaturangaben ist eine Erhöhung der Schallleistung mit steigender Unwucht zu erwarten.
Die Versuchsreihen zur Prüfung der akustischen Wirkung durch zusätzliche Unwuchtmas-sen einer Tragrolle konnten keine Erhöhung der Schallemissionen nachweisen. Das lässt die These zu, dass kein kausaler Zusammenhang zwischen Unwucht und Geräuschemis-sion bei Tragrollen für Gurtförderanlagen besteht. Es sind weitere Untersuchungen erfor-derlich, um diese These im realen Förderbetrieb zu bestätigen.
Die Analysen müssen z. B. folgende Fragen klären: War die Unwucht nicht ausreichend für eine Schallemissionserhöhung? War die Schallemission der Tragrolle vorab zu hoch? Zu welchen Ergebnissen gelangen die Prüfungen bei einer statistisch relevanten Anzahl an nicht gewuchteten Tragrollen? Wie verhalten sich diese Rollen als Girlande? Gibt es ande-re relevante Einflüsse für die Geräuschemission an Gurtförderanlagen und wie
wirken diese?
Die nächsten Schritte sind die Untersuchungen am Tragrollenprüfstand zur akustischen Wirkung von überdrehten und nicht gewuchteten Tragrollen verschiedener Hersteller aus dem Produktionsprozess heraus. Abschließend erfolgt die Betrachtung von Feldversuchen dieser Tragrollen in Gurtförderanlagen.
Sollten Feldtests die eindeutigen Ergebnisse am Prüfstand bestätigen, sind bei Einhaltung von Geometrievorgaben durch eine Verminderung der Auswuchtgüte Kostenreduzierun-gen oder zumindest Vereinfachungen im Fertigungsprozess von Tragrollen zu erwarten.
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.
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.
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 internationale Netzwerk bündelt die Kompetenzen der Partner im Bereich der Forschungen zu Energieeffizienz und Energieerzeugung. Der hohe Bedarf an Energieeffizienzlösungen in den östlichen Ländern Europas zeigt sich den den bearbeiteten Projekten. Vor allem im Focus der Untersuchungen stehen die Anwendung elektrischer Energie sowie Wärmeenergie.
Die Ausrüstung des Labores mit computergestützter Messdatenerfassung sowie -analyse ermöglicht es, die Energiebedarfe der einzelnen, vor allem energieintensiven Maschinen darzustellen und ihre Auswirkung auf die Energieversorgung des Labors bzw. des örtlichen Netzes sichtbar zu machen. Die im Zuge der Energieeinsparung oft durch LED Leuchtmittel erneuerte Arbeitsplatzbeleuchtung zeigte bei den Energiemessungen eine hohe Blindleistung. Sofern diese Blindleistung z.b. durch Kondensator-Netzteile verursacht wird, kann sie zur Kompensation induktiver Blindleistung aus elektromotorischen Antrieben, wie sie typisch sind für Werkzeugmaschinen, genutzt werden.
Seile können je nach Anwendung einem nicht unerheblichen Reibverschleiss unterliegen, der sich jedoch nur in einer minimalen Abnahme des Seilaussendurchmessers äußert. Hier liegt die große Gefahr, das ein mögliches Versagen des Seiles nicht rechtzeitig erkannt wird. Bedingt durch den Aufbau der Seile wird durch den Reibverschleiß ein Seil deutlich stärker geschwächt als ein vergleichbarer Zugstab. Zur Verstärkung des Seilverschleißes können je nach Seilmaterial auch die Umgebungsbedingungen beitragen. Häufig verwendete Stahlseile aus 1.4301 sind spannungsrisskorrosionsgefährdet. Die auf die Zugseile einwirkende Gülle bei permanenten abrasiven Reibverschleiß stellt sozusagen eine Mehrfachbelastung der Seile dar, die bisher so nicht erkannt wurde. Die oft vorhandene Seilseele in der Mitte des geschlagenen Seiles wird von der Gülle durchtränkt und hält dauerhaft das die Korrosion unterstützende Medium im Seilinneren. Ein entwickeltes Seilverschleissmessgerät erkennt den vorhandene Seildurchmesser und misst die aktuelle Abnutzung. Drei LEDs zeigen eine Empfehlung zur weiteren Verwendung des Seiles an.