Synchron-Trommelmotor Wenn Wasserdruck den Motor verschleißt

Autor / Redakteur: Patrick Tanner, Gerhard Froebus* / Karin Pfeiffer

Weil zu viel Reinigungswasser für häufige Ausfälle sorgte, hat Bell Food das Darmförderband in seinem Schweineschlachtbetrieb neu ausgelegt. Synchron-Trommelmotoren von Momenten haben gleich mehrere Herausforderungen gelöst.

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Hygiene-Aspekt: Trommelmotoren integrieren sämtliche Antriebskomponenten geschützt in der Umlenkrolle für Gurt oder Modulband.
Hygiene-Aspekt: Trommelmotoren integrieren sämtliche Antriebskomponenten geschützt in der Umlenkrolle für Gurt oder Modulband.
(Bild: Momentum Technologies)

Rund 2.500 Schweinedärme sollen täglich über ein Darmförderband im Schlachtbetrieb der Bell Food Group in Basel laufen, um anschließend von amtlichen Veterinären begutachtet werden zu können. Mit der Auslegung des Darmförderbands gab es in der Vergangenheit Probleme. Swissbeltservice, ein Spezialist für Förderbankkonfektionen, hat es neu auslegt und mit Synchron-Trommelmotoren von Momentum Technologies ausgerüstet. Seit mehr als einem Jahr läuft der Förderer nun ohne Ausfall oder Wartungsaufwand – trotz der täglich enorm hohen Beanspruchung mit heißem Wasserstrahl für die Reinigung.

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Geringe Friktion: Aquaplaning auf dem Band

Aber der Reihe nach: Eine wichtige Anforderung an das Darmförderband ist, immer exakt parallel zum Hängeförderer und dem darunter laufenden sogenannten Sigelförderband zu laufen. Letzteres nutzt der Schlachtbetrieb zum Abtransport von Luft- und Speiseröhre sowie allen weiteren als minderwertig geltenden Innereien, dem Sigel. Dass der Lauf parallel geschieht, ist hier besonders wichtig, damit die amtlichen Tierärzte oder Fachassistenten stets schnell und exakt die vereinzelten Schweinehälften mit Darm und sonstigen Innereien in Verbindung bringen können. Das ließ sich jedoch in der Vergangenheit nicht immer sicherstellen, da das bisherige Darmförderband wegen der konstanten Reinigung permanent nass war. Dadurch hatte der Förderer teilweise – vor allem bei hoher Schlachtgeschwindigkeit mit entsprechend vielen Därmen auf dem Band – eine zu geringe Friktion und damit einen Schlupf, der mit Aquaplaning vergleichbar ist. Das führte immer wieder zu einem Versatz der Darmbandfächer zu Hängeförderer und Sigelförderband. Das machte manuelle Eingriffe in den eigentlich fließend ausgelegten Prozess erforderlich, es gab also Optimierungsbedarf. Zwar füllte der Schlachtbetrieb ohnehin nicht jedes Fach des Gurtes. Der Gurt bot also mehr Fächer als die Schlachtung füllen konnte, was die Zuordnung erleichterte und Fehler wirkungsvoll vermied. Letztlich war der Versatz aber so störend, dass der Schlachtbetrieb handeln wollte, um die Veterinäre bei hohem Durchsatz durch einen sicheren Parallellauf zu entlasten.

Ein weiteres Manko bisher: Der Antrieb des Förderers hatte öfter Probleme wegen defekter Lager. Dies gefährdete den reibungslosen Betrieb und damit auch die Lebensdauer des Gurtes. Der Geradeauslauf war so nicht zu gewährleisten. Der Motor musste also regelmäßig ausgebaut und das Lager getauscht werden. Zudem drohte, seitlich zu viel Gurtabrieb zu erzeugen. Das ein oder andere Mal kam es sogar zu Kurzschlüssen durch zu viel Wassereintritt in die Motoren. Mindestens zwei Mal pro Jahr fiel der Motor komplett aus, was Ersatzbeschaffungen und Wartungsarbeiten notwendig machte. Viel Aufwand für den Motor, der als Verschleißteil galt, und nicht mehr tolerierbar war. Auslöser auch hier: die intensiven Reinigungsmaßnahmen. Sie zu reduzieren, war für Bell keine Option. Insbesondere beim Ausweiden sind höchste Hygieneanforderungen zu erfüllen. Auf keinen Fall dürfen Keime oder andere Krankheitserreger ausgesonderter Därme auf andere Därme übertragen werden. Bell bereitet sie im gleichen Werk nämlich bereit auch für die Nutzung als Naturdarm für Wurstwaren weiter auf.

Die Eckdaten:

Update Antriebstechnik – Praxisforum für Konstrukteure

Datum: 14. September 2021
Uhrzeit: 8:45 bis 18:00 Uhr
Ort: Vogel Convention Center, Würzburg

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Lösungsansatz: Gerändelter Trommelmotor

Bell beauftragte Swissbeltservice mit der Neuauslegung des Bandes. Ihr Konzept für den Antrieb: Erhöhung der IP Schutzklasse des bislang im Einsatz befindlichen Trommelmotors von IP67 auf IP69k, da der Förderer bei kühlen 12 °C Umgebungstemperatur über die gesamte Betriebszeit mit 65 °C heißem Wasser gereinigt wird. Aus konstruktiver Sicht stimmig. Denn bei der Anlage wird der Motor nicht nur zeitweise in Wasser getaucht, was der Schutzart IP67 entspricht. Es ging vielmehr um einen Schutz gegen Eindringen von Wasser bei Hochdruck-/Dampfstrahlreinigung (69) und vor Heißwasser (k).

Die Synchron-Trommelmotoren von Momentum verfügen nicht nur über eine hohe IP-Schutzart, sondern auch über eine robuste Konstruktion: Ihre genormte massive 30-mm-Achse ist stärker als materialsparende Konstruktionen mit 17-mm- oder 25-mm-Achsen. Das zahlt etwa auf reduzierte Wartungskosten und die Nachhaltigkeit der Konstruktion ein.

Hinzu kam die Idee, die Trommel des Motors zusätzlich zu rändeln, damit sich beim selben Fördertisch- und Trommelmotordurchmesser der störenden Schlupf, der durch das unvermeidliche Wasser zwischen Gurt und Trommelmotor entsteht, abstellen lässt. Diese Rändelung sorgt nun für stabile Reibverhältnisse. Der neue Gurt ist zudem als Wellkantförderer ausgelegt, sodass ein Abriebs bei Unwucht des Gurtes kein potenzielles Thema mehr ist.

Hygienisches Design: Komponenten in die Umlenkrolle

Trommelmotoren integrieren sämtliche Antriebskomponenten wie Motor und Getriebe geschützt in der Umlenkrolle für Gurt oder Modulband. Abgesehen von der Trommel weisen sie anders als herkömmliche Antrieben mit externem Motor und separatem Winkelgetriebe oder Ketten- bzw. Zahnriemenantrieb keine Schmutzecken oder -kanten auf, an denen sich Keime oder Schimmel ansammeln könnten. Das machte auch die Reinigung leichter und effizienter. Mit hohen Schutzgraden bis hin zu IP69k eignen sie sich für HACCP-konforme Designs und auch für Clean-in-Place-Reinigungskonzepte, die darauf ausgelegt sind, stets reproduzierbare Ergebnisse und damit Betriebssicherheit zu gewährleisten.
Nochmals deutlich mehr Hygiene bieten ölfreie Synchron-Trommelmotoren. Da sie besonders energieeffizient arbeiten, benötigen sie keine interne Ölfüllung zur Schmierung und Kühlung. Sie ermöglichen hochwertige Hygienic Designs ohne kritische Kontrollpunkte, da bei ihnen das Risiko eines Ölaustritts durch defekte oder abgenutzte Wellendichtungen nicht besteht.

Erst bei der Installation der neuen Lösung zeigte sich eine weitere Herausforderung: Der bislang eingesetzte Umrichter konnte keine Synchron-Motoren ansteuern. Das Problem ließ sich schnell mit einem passenden Frequenzumformer beheben. Davon abgesehen sind der neue Gurt und Trommelmotor nahezu komplett auf dem alten Fördertischchassis montiert. Lediglich das seitliche Winkelprofil war wegen des nun eingesetzten Wellkantförderers mit 6 cm hohen Fächern zu ändern, da das Vorgängerband keine seitlichen Kanten hatte. Motorseitig konnte die Verlagerung konstruktiv komplett bestehen bleiben, was die Kompatibilität der Synchron-Trommelmotoren von Momentum mit anderen im Markt verfügbaren asynchronen Motoren zeigt. Als Gurt kommt übrigens ein PVC-Transportband für die Lebensmittelbrache von Habasit zum Einsatz (FAB-8EOCV). Es überzeugt neben der applikationsspezifischen Konfektionierung mit Fächern und Wellkanten, die von Swissbeltservice umgesetzt wurde, durch Kantenversiegelung und ist zudem abriebfest sowie öl- und fettresistent.

Im Vergleich zu Asynchron-Trommelmotoren erzielen Synchron-Trommelmotoren Momentum zufolge höhere Wirkungsgrade und mehr Energieeffizienz.
Im Vergleich zu Asynchron-Trommelmotoren erzielen Synchron-Trommelmotoren Momentum zufolge höhere Wirkungsgrade und mehr Energieeffizienz.
(Bild: Momentum Technologies)

Trommelmotoren: Synchron vs. Asynchron

Synchron-Trommelmotoren erzielen Momentum zufolge im Vergleich zu Asynchron-Trommelmotoren höhere Wirkungsgrade und eine höhere Energieeffizienz. Bei normierter Leistungsaufnahme und normierter Baugröße verrichten sie eine bis zu 5,7-fache Arbeit bzw. brauchen weniger als 20 Prozent der Energie für die gleiche Wirkleistung von Asynchron-Trommelmotoren. Vergleicht man einen beliebigen 380-Watt-Trommelmotor mit Wirkungsgrad IE2 mit den ölfreien Synchron-Trommelmotoren von Momentum Technologies, deren Wirkungsgrad IE4 entspricht, erhält man im 24/7-Betrieb bei einem Strompreis von 20 Ct/kWh eine Ersparnis von 198 Euro pro Jahr. Die Betriebskosten liegen jährlich so 30 Prozent niedriger. Zur Energiebilanz: Bei herkömmlichem Strommix beträgt die Einsparung rund 470 kg CO2 pro Jahr. Die rund 400 Euro höheren Anschaffungskosten amortisieren sich folglich bereits nach rund 2 Jahren.

Unterm Strich hat sich die Investition in die neue Auslegung des Darmförderbands binnen kürzester Zeit amortisiert, heißt es bei Momentum. Bisher habe der neue Trommelmotor nur einmal initial angeschafft werden müssen. Früher war dies im gleichen Zeitraum drei Mal erforderlich, da das Vorgänger-Modell im Schnitt alle sechs Monate ausfiel. Es sind nun auch keine Interims-Wartungen des Motors mehr erforderlich, um durch Austausch der Lager den Geradeauslauf und damit die Betriebsfähigkeit wieder herzustellen. Zudem entfällt mit der Rändelung nun der lästige manuelle Eingriff in die Regelung der Bandlaufgeschwindigkeit zur Herstellung des Parallellaufs. „Dank der hohen Schutzart und der Robustheit des ölfreien Trommelmotors ist aus einem Verschleißteil eine langfristig zuverlässige Komponente mit immens hohem Kostensenkungsfaktor geworden, die uns hoffentlich noch über viele Jahre einen reibungslosen Betrieb des Darmförderbands ermöglicht“, heißt es aus der Teamleitung Technik beim Schweineschlachtbetrieb von Bell Food.

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* *Patrick Tanner, Geschäftsführer Swissbeltservice; Gerhard Froebus, Geschäftsführer Momentum Technologies

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