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Bei der Auswahl des Elektromotors für eine Kugelmühle liegt die eigentliche Schwierigkeit nicht im Betrieb, sondern im Anlauf: Die Kugel- und Materialfüllung in der rotierenden Trommel bildet eine große, unwuchtige Masse, die der Antrieb im ersten Moment anheben muss. Der Elektromotor muss diese Last während der gesamten Anlaufzeit tragen können, richtig an das Zahnrad- oder Riemensystem der Trommel angebunden sein, und das Anlaufverfahren muss für den Anlauf unter Last geeignet sein. Dieser Beitrag konzentriert sich auf den Antrieb kleiner und mittlerer Kugelmühlen in Zement-, Bergbau-, Keramik- und Kalkwerken.
Wie entsteht die Last in der Kugelmühle?
Eine Kugelmühle ist eine horizontale Trommel mit Stahlkugeln und dem zu mahlenden Material. Dreht sich die Trommel, werden die Kugeln mit der Trommelwand bis zu einer gewissen Höhe angehoben, rollen dann ab und fallen herab und mahlen dabei das Material. Hauptaufgabe des Antriebs ist es, diese Kugel- und Materialmasse ständig zu einer Seite angehoben zu halten. Je voller die Mühle und je größer die Trommel, desto höher das erforderliche Drehmoment.
Der Charakter dieser Last ist konstant: Hat die Mühle ihre Drehzahl erreicht, schwankt der Leistungsbedarf kaum. Beim Anlauf muss der Elektromotor jedoch die ruhende Masse in Bewegung setzen und mit der Trommel anheben. Beim Mühlenantrieb sind Anlaufmoment und Anlaufzeit daher ebenso wichtig wie die Nennleistung.
Auch die Trommeldrehzahl ist entscheidend. Die Mahlwirkung der Kugeln hängt davon ab, dass die Trommel mit einem bestimmten Anteil unterhalb der kritischen Drehzahl dreht. Diese Drehzahl legt der Mühlenhersteller fest; der Elektromotor wird zusammen mit der Antriebsübersetzung ausgewählt, die diese Drehzahl erreicht.
Antriebsanordnungen: Zahnkranz, Riemen und Zentralantrieb
Je nach Mühlengröße kommen unterschiedliche Antriebsanordnungen zum Einsatz. Wie der Elektromotor ausgewählt wird, hängt von dieser Anordnung ab:
- Zahnkranz und Ritzel: Am Außenumfang der Trommel ist ein großer Zahnkranz angebracht. Der Elektromotor treibt über Getriebe und Kupplung das Ritzel an, das Ritzel den Zahnkranz. Verbreitet bei mittleren und großen Mühlen.
- Kleine Mühlen mit Riementrieb: Bei Labor- und kleinen Produktionsmühlen kann der Antrieb die Trommel oder eine Vorgelegewelle über Riemen antreiben.
- Zentralantrieb (Stirnseite): Elektromotor und Getriebe sind an einer Stirnseite mit der Trommelachse verbunden.
- Rollenmühlen: Bei kleinen Keramik- und Farbmühlen läuft die Trommel auf zwei Antriebsrollen; der Elektromotor treibt die Rollen an und überträgt die Last über Reibung.
Bei der Zahnkranzanordnung reduziert das Getriebe zwischen Elektromotor und Ritzel die Motordrehzahl auf die Trommeldrehzahl. Getriebeeingang, Kupplungsausrichtung und Lage des Antriebs zum Getriebe sind hier die wichtigsten Prüfpunkte bei der Auswahl des Ersatzantriebs.
Anlauf unter Last: warum kritisch?
Eine Kugelmühle läuft immer gefüllt an; die Kugeln bleiben in der Trommel. Der Elektromotor muss also gegen einen hohen Anfangswiderstand beschleunigen. Während des Anlaufs bleibt der Strom hoch, und Wärme sammelt sich in der Wicklung. Je länger der Anlauf, desto mehr Wärme.
Problem der festgebackenen Füllung
Steht die Mühle lange still, vor allem bei Nassmahlung, können sich Material und Kugeln am Trommelboden zu einer einzigen Masse verdichten. Beim Anlauf steigt diese Masse mit der Trommel hoch, löst sich an einem bestimmten Punkt schlagartig und fällt herab. Dieser Fall verursacht starke Stöße auf Trommel, Auskleidung, Zahnkranz und Lager. Bei großen Mühlen wird dieses Risiko mit einem vom Hauptantrieb getrennten Langsamdrehantrieb (Inching) verringert; die Mühle wird damit zunächst langsam gedreht, um die Füllung zu lockern.
Der Inching-Antrieb besteht meist aus einem separaten kleinen Elektromotor, einem Getriebe und einer Kupplung oder verriegelbaren Verbindung. Auch dieser kleine Antrieb wird nach seinem eigenen Typenschild gesondert bewertet; manche Anordnungen nutzen einen Bremsmotor, der nicht zur Standardreihe gehört.
Anlaufverfahren
- Direktanlauf: Bietet das höchste Anlaufmoment, belastet aber Netz und Mechanik stark. Zu finden bei kleinen Mühlen und geeignetem Netz.
- Stern-Dreieck: Senkt das Anlaufmoment; beim Anlauf der gefüllten Mühle kann es unzureichend sein und wird meist nicht bevorzugt.
- Sanftanlasser: Verringert Strom und Stoß; da bei niedriger Spannung jedoch auch das Drehmoment sinkt, muss er bei gefüllter Mühle sorgfältig eingestellt werden.
- Frequenzumrichter: Kann bei niedrigem Strom ein hohes Anlaufmoment bereitstellen und ermöglicht zudem die Einstellung der Trommeldrehzahl.
Bei großen Mühlen wurden historisch Schleifringläufermotoren mit Anlasswiderständen eingesetzt. Diese Antriebe unterscheiden sich vom Standard-Asynchronmotor; ist die vorhandene Mühle so ausgeführt, wird für diese Aufgabe ein Sonderantrieb benötigt, der eventuell außerhalb der Standardreihe im Katalog 2026 von HEM Motor liegt. Beraten Sie sich mit uns anhand von Typenschild- und Schaltschrankdaten.
Umrichter, Kühlung und Schutz
Wird die Mühle am Umrichter betrieben, gilt allgemein: Unsere Drehstromreihen sind für die Drehzahlregelung am Frequenzumrichter geeignet. Bei längerem Betrieb mit niedriger Drehzahl und vollem Drehmoment kann ein Fremdlüfter erforderlich sein; bei langer Leitung zwischen Umrichter und Elektromotor wird ein du/dt- oder Sinusfilter geprüft. Diese Bedingungen werden bei der Bestellung angegeben. Soll bei einer Last mit konstant hohem Drehmoment wie einer Mühle die Drehzahl deutlich unter den Nennwert gesenkt werden, ist dies ausdrücklich anzugeben. Den allgemeinen Rahmen zum Thema finden Sie in der Frage zum Betrieb am Umrichter.
Beim Schutz muss die Einstellung des Motorschutzrelais die lange Anlaufzeit zulassen. In die Wicklung eingebaute PTC- oder PT100-Temperaturfühler können bei der Bestellung als Option angefordert werden; sie überwachen direkt eine Erwärmung, die ein stromabhängiger Schutz übersehen kann. Details zu den Schutzorganen erläutert unser Beitrag Auswahl von Motorschutzrelais und Sicherung.
In Mahlanlagen ist die Staubbelastung hoch; Gitter der Lüfterhaube und Kühlrippen des Gehäuses sind regelmäßig zu reinigen. Eine hohe Umgebungstemperatur wird bei der Bestellung angegeben.
