Elektromotor und Getriebe für die Zementschnecke einer Betonmischanlage abstimmen

In einer Betonmischanlage ist die Förderschnecke unter dem Zementsilo eine Maschine, die Material zur Waage transportiert und im Laufe eines Tages vielleicht hunderte Male an- und ausgeht. Fällt ihr Elektromotor aus, lesen die meisten Betriebe zuerst die Leistung vom Typenschild ab und suchen dieselbe kW-Zahl. Bei der Zementschnecke ist die Leistung jedoch nicht der einzige bestimmende Wert: Neigung der Schnecke, Antriebsseite des Getriebes, die häufigen Anläufe im Wiegezyklus, die staubige und offene Umgebung unter dem Silo sowie der erste Anlauf aus einem über Nacht gefüllten Rohr müssen gemeinsam betrachtet werden. In diesem Beitrag gehen wir der Reihe nach darauf ein, wie Elektromotor und Getriebe aufeinander abgestimmt werden und welche Angaben vor dem Austausch zu sammeln sind.

Die Zementschnecke ist kein gewöhnlicher Förderer

Die Schnecke unter dem Silo nimmt den Zement am konischen Siloauslauf auf und fördert ihn in den darüberliegenden Wiegebehälter. Deshalb ist die Schnecke in den meisten Anlagen nicht waagerecht, sondern in einem bestimmten Winkel eingebaut. Mit zunehmender Neigung muss die Schnecke das Material nicht nur vorwärts bewegen, sondern auch anheben; zurückrutschender Zement im Rohr erzeugt zusätzliche Reibung. Deshalb benötigt von zwei Schnecken gleichen Durchmessers und gleicher Länge die geneigte mehr Antriebsleistung. Hat sich der Winkel der Schnecke beim Tausch des alten Elektromotors nicht verändert, gibt es meist kein Problem; wurde die Anlage jedoch umgesetzt, die Schnecke verlängert oder steiler gestellt, ist der bisherige Typenschildwert womöglich kein verlässlicher Bezug mehr.

Auch der Zement selbst verändert das Verhalten. Frisch aus dem Silo fließender, belüfteter Zement fließt fast wie eine Flüssigkeit; lange stehender, verdichteter Zement bildet dagegen Klumpen im Rohr. Bei feuchter Luft kommt es zudem zu Krustenbildung an der Rohröffnung. Bei der Auswahl des Elektromotors sind diese beiden Extremfälle – freies Fließen und verdichtete Füllung – getrennt zu betrachten.

Antriebsflansch des Getriebes und vorhandene Motorbaugröße

Bei den meisten Zementschnecken wird der Elektromotor direkt mit Flansch an die Antriebsseite des Getriebes angebaut. Bei dieser Anordnung muss vor der Leistung die Anschlussfläche passen. Der Antriebsflansch des Getriebes ist für eine bestimmte IEC-Baugröße bearbeitet; Wellendurchmesser, Passfedernut und Flanschtyp des Elektromotors müssen zu diesem Antrieb passen. Ein großer Flansch mit Durchgangsbohrungen (B5) und ein kleiner Flansch mit Gewindebohrungen (B14) sind nicht gegeneinander austauschbar.

In der Praxis geht man so vor:

• Notieren Sie die IEC-Baugröße (z. B. 132S, 132M, 160M) und die Bauform vom Typenschild des alten Elektromotors.
• Prüfen Sie auf dem Typenschild oder im Katalog des Getriebes, für welche Baugröße die Antriebsseite geeignet ist.
• Wenn Sie die Leistung ändern möchten, prüfen Sie, ob die neue Leistung in derselben IEC-Baugröße liegt; wird die Baugröße größer, passen Flansch und Welle unter Umständen nicht mehr.
• Überschreiten Sie nicht die Drehmomentgrenze des Getriebes; ein stärkerer Elektromotor kann das Getriebe überlasten.

Bei HEM Motor werden die Bauformen B3, B5, B14, B34, B35 sowie vertikal V1/V3/V5/V6/V15 je nach Baugröße angeboten; das Flanschmaß wird bei der Bestellung bestätigt. Die Angabe B5 oder B14 im Modellnamen allein bestätigt die Passgenauigkeit nicht. Die Maße können Sie anhand der technischen Zeichnungen und des Produktkatalogs vergleichen; zu den Bauformen informiert die FAQ-Seite zu den Bauformen. Allgemeine Informationen zu Elektromotoren für den Getriebeanbau finden Sie auf der Seite Elektromotoren für Getriebe.

Wiegezyklus: Wie wirkt sich häufiges Ein- und Ausschalten auf den Elektromotor aus?

Die Zementschnecke ist keine dauernd drehende Maschine. Nähert sich die Waage dem Sollwert, hält die Schnecke an und läuft bei der nächsten Charge wieder an. In manchen Steuerungen wird die Schnecke für eine genaue Dosierung zum Schluss in kurzen Intervallen ein- und ausgeschaltet. Bei jedem Anlauf nimmt der Elektromotor ein Mehrfaches des Bemessungsstroms auf, und die Wicklung erwärmt sich. Je häufiger die Anläufe, desto weniger Zeit bleibt zum Abkühlen.

Bei einer Austauschanfrage sind daher folgende Angaben wichtig:

• Wie viele Chargen etwa pro Stunde gefahren werden und wie oft die Schnecke je Charge an- und ausgeht
• Ob bei der Feindosierung mit kurzen Impulsen gefahren wird
• Ob der Elektromotor direkt, über Stern-Dreieck, mit Sanftanlasser oder Frequenzumrichter gestartet wird

Der Stern-Dreieck-Anlauf senkt den Anlaufstrom, verringert aber auch das Anlaufmoment; bei einer gefüllten, geneigten Schnecke kann das dazu führen, dass der Elektromotor in der Sternstufe nicht hochläuft. Mit einem Frequenzumrichter sind sanfter Anlauf und Drehzahlverstellung möglich. Unsere Drehstrom-Baureihen sind für die Drehzahlregelung mit Frequenzumrichter geeignet. Bei längerem Betrieb mit niedriger Drehzahl und vollem Drehmoment kann ein Fremdlüfter erforderlich sein; bei langen Kabeln zwischen Umrichter und Elektromotor wird ein dv/dt- oder Sinusfilter geprüft. Diese Bedingungen sind bei der Bestellung anzugeben. Einzelheiten stehen auf der FAQ-Seite zum Umrichter. Löst das Thermorelais häufig aus, sollte auch die Schutzeinstellung überprüft werden; dazu können Sie unseren Beitrag zum Motorschutz lesen.

Staub, Regen und Sonne unter dem Silo

Der Bereich unter dem Silo ist meist offen, und der Elektromotor ist Regen, Sonne und Temperaturunterschieden zwischen Tag und Nacht ausgesetzt. Zementstaub dringt zudem bis in die feinsten Spalte. Die angebotenen Drehstrommodelle von HEM Motor haben Schutzart IP55 und Isolationsklasse F; dennoch verlängert die Beachtung einiger Punkte die Lebensdauer:

• Eine Zementschicht auf den Kühlrippen erschwert die Wärmeabfuhr; sie sollte regelmäßig entfernt werden.
• Die Öffnung der Lüfterhaube darf nicht durch Staub oder Sackreste verdeckt werden.
• Bei geneigter Schnecke steht auch der Elektromotor schräg; wo sich Kondenswasser sammelt und wie der Klemmenkasten ausgerichtet ist, sollte bei der Bestellung besprochen werden.
• Bei Aufstellungen mit direktem Regen ist ein einfaches Vordach oder eine Schutzhaube sinnvoll; sie darf die Kühlluft nicht abschneiden.

Beim Gehäusewerkstoff wird auf Anlagengeländen mit starker Vibration und Stoßbelastung häufig ein Graugussgehäuse gewählt. Um den Antrieb zusammen mit den übrigen Antrieben der Anlage zu bewerten, sehen Sie sich die Seite Elektromotoren für Betonmischanlagen an.

Erster Anlauf bei mit verdichtetem Zement gefülltem Rohr

Nach einem Wochenende oder einer längeren Störung kann das Schneckenrohr mit Zement gefüllt bleiben. In dieser Zeit verliert der Zement seine Luft und verdichtet sich um die Schnecke. Der Widerstand beim ersten Einschalten am Morgen ist deutlich höher als die Last im normalen Zyklus. Eine höhere Antriebsleistung ist hier nicht die einzige Lösung und belastet oft Getriebe, Kupplung oder Schnecke. Im Betrieb bewährt haben sich folgende Maßnahmen:

• Die Schnecke vor längeren Stillständen leer fahren und dann abschalten
• Die Belüftung am Siloauslauf vor dem Anlauf einschalten
• Bei gefüllter Schnecke stufenweise anfahren und den Motorstrom überwachen
• Bei wiederkehrenden Anlaufproblemen Anlaufverfahren und Getriebeübersetzung gemeinsam überprüfen

Beispielmodelle

Bei Zementschnecken werden am Getriebeantrieb meist 4-polige Elektromotoren angebaut. Die folgenden Modelle sind als Beispiele angegeben; die richtige Leistung richtet sich nach Neigung, Länge, Kapazität der Schnecke und Getriebeübersetzung:

• 132S-4 mit Graugussgehäuse: 5,5 kW (7,5 PS), 4-polig, 1460 U/min Nenndrehzahl, IEC 132S, 400/690 V (Δ/Y), 50 Hz, Nenndrehmoment 36 Nm.
• 132M-4 mit Graugussgehäuse: 7,5 kW (10 PS), 4-polig, 1460 U/min, IEC 132M, 400/690 V (Δ/Y), 50 Hz, Nenndrehmoment 49,1 Nm.
• 160M-4 mit Graugussgehäuse: 11 kW (15 PS), 4-polig, 1465 U/min, IEC 160M, 400/690 V (Δ/Y), 50 Hz, Nenndrehmoment 71,7 Nm.

Wie man sieht, gehören die Modelle mit 5,5 kW und 7,5 kW zur Baugrößenfamilie 132, das 11-kW-Modell dagegen zur Baugröße 160M. Ist Ihr Getriebe für Baugröße 132 bearbeitet, kann ein Wechsel auf 11 kW die Passung von Flansch und Welle aufheben. Aktuelle Preise finden Sie auf den Produktseiten.

Hypothetisches Beispiel: Wunsch nach einem stärkeren Elektromotor an einem Getriebe für Baugröße 132

In einer hypothetischen Anlage arbeitet an einer geneigten Zementschnecke ein 4-poliger Elektromotor mit 5,5 kW, der Getriebeantrieb ist für Baugröße 132 ausgelegt. Der Betrieb stellt fest, dass das Thermorelais in den Wintermonaten beim morgendlichen Anlauf auslöst, und möchte auf 11 kW aufrüsten. Bei der Prüfung zeigt sich jedoch, dass die Schnecke jeden Abend gefüllt stehen bleibt, der Elektromotor über Stern-Dreieck gestartet wird und die Kühlrippen mit Zement bedeckt sind. Da der 11-kW-Elektromotor die Baugröße 160M hat, passt er nicht direkt an den Getriebeantrieb. In diesem Beispiel werden zuerst das Leerfahren der Schnecke, die Reinigung der Kühlrippen und eine Überprüfung des Anlaufverfahrens erwogen; ist eine Leistungserhöhung tatsächlich nötig, werden die Drehmomentgrenze des Getriebes und die 7,5-kW-Option in derselben Baugröße besprochen. Dieses Szenario dient nur der Veranschaulichung und stammt nicht aus einem realen Betrieb.

Fazit und erforderliche Angaben für die Bestellung

Der richtige Elektromotor für eine Zementschnecke passt an die Antriebsseite des Getriebes, verkraftet die Anlaufhäufigkeit des Wiegezyklus und hält den Bedingungen unter dem Silo stand. Eine verbindliche Leistung allein nach der Maschinenbezeichnung zu nennen, ist nicht möglich; senden Sie uns für einen Austausch oder eine Neuinstallation folgende Angaben zusammen:

• Leistung, Drehzahl und Foto des Typenschilds des vorhandenen Elektromotors
• IEC-Baugröße, Bauform und Angaben zum Antriebsflansch des Getriebes
• Netzspannung und Anlaufverfahren
• Neigung und Länge der Schnecke sowie Anzahl der Chargen pro Stunde
• Aufstellungsumgebung (im Freien, Staub, Regen) und ob ein Anlauf im gefüllten Zustand vorkommt

Passende Modelle und aktuelle Preise finden Sie auf der Seite Elektromotor kaufen. Um anhand der Typenschilddaten Ihres Elektromotors nach einem passenden Modell zu fragen, senden Sie uns ein Foto des Typenschilds oder erreichen Sie uns über unsere Kontaktseite.