Neuer Antrieb für ­Drehrohröfen

Das Zementwerk in Vác, rund 35 km nördlich von Budapest, zählt zu den modernsten und bedeutendsten Produktionsstätten für Zement in Ungarn. Es wird von Duna-Dráva Cement (DDC) betrieben, einem Gemeinschaftsunternehmen der Heidelberg Materials Group und Schwenk Zement. Seit seiner Inbetriebnahme im Jahr 1963 wird hier hochwertiger Zementklinker hergestellt – rund 2.400 t täglich. Als Ausgangsmaterial dient der Kalkstein des nahegelegenen Berges Naszály.

Das Herzstück der Produktion ist ein Drehrohrofen mit einem Durchmesser von 4,2 m, in dem der Klinker bei hohen Temperaturen gebrannt wird. Seine Rotation wird über einen Zahnkranz realisiert, der von einem leistungsfähigen Antriebssystem bewegt wird. Ein Asynchronmotor stellt dafür rund 350 kW bereit, die über ein Industriegetriebe übertragen werden. Dieses ist über eine Kupplung mit einem separat gelagerten Ritzel verbunden, das in den Zahnkranz eingreift und das erforderliche Drehmoment überträgt. Die Verbindung zwischen Zahnkranz und Ofenmantel erfolgt über Blattfedern, die eine flexible und zugleich robuste Kopplung ermöglichen.

Die bisherige Antriebstechnik am Drehrohrofen war in die Jahre gekommen. Ein Versagen des Stütz-Wälzlagers des Ritzels führte zu einer fehlerhaften Ausrichtung zwischen Ritzel und Zahnkranz. Die daraus resultierende Verringerung der Kontaktfläche verursachte erhöhten Verschleiß an beiden Komponenten. Um die Betriebssicherheit und Effizienz der Anlage langfristig zu gewährleisten, entschied sich DDC für einen Austausch des Zahnkranzes und des Antriebsritzels. Die Wahl fiel auf SEW-Eurodrive wegen dessen Expertise in der Entwicklung und Fertigung hochleistungsfähiger Zahnkränze und Antriebssysteme.

Werkstoff mit außergewöhnlichen ­Eigenschaften

Die neue Lösung von SEW-Eurodrive basiert auf einem segmentierten Zahnkranz mit einem Außendurchmesser von 6,1 m und 300 mm Breite. Das Modul der Verzahnung (Maß für die Zahngröße) beträgt 40. Die Anzahl der Zähne konnte auf 152 reduziert werden. Besonders hervorzuheben ist der Einsatz von hochfestem, bainitischem Gusseisen mit Kugelgraphit, auch bekannt als Austempered Ductile Iron (ADI). Dieser Werkstoff bietet gegenüber klassischem Stahlguss erhebliche Vorteile in Bezug auf Zugfestigkeit, Dehnung und Verschleißfestigkeit. Mit einer Mindestzugfestigkeit von 1.000 MPa und einer Mindestdehnung von 5 % erfüllt ADI höchste Anforderungen an industrielle Anwendungen unter Dauerbelastung.

Um diese mechanischen Eigenschaften zu erreichen, ist eine gezielte Wärmebehandlung erforderlich. Sie bewirkt die Ausbildung der gewünschten Mikrostruktur im Werkstoff und verleiht dem Zahnkranz seine hohe Fes­tigkeit und Belastbarkeit. Die aus den hervorragenden Kaltverfestigungseigenschaften resultierende Kontaktermüdungsfestigkeit macht den Zahnkranz bei korrekter Dimen­sionierung, ­Belastung und Schmierung äußerst widerstandsfähig und praktisch verschleißfrei im Betrieb. Darüber hinaus er­möglicht der Einsatz von ADI-Guss eine deutlich kompaktere und leichtere Ausführung des Zahnkranzes im Vergleich zu ­herkömmlichen Lösungen aus Stahlguss. Das wirkt sich
positiv auf das Handling, die Montage und die Anschaffungskosten aus.

Segmentierte Bauweise für hohe Präzision

Ein weiteres zentrales Merkmal der Zahnkränze von SEW-Eurodrive ist die segmentierte Bauweise. Während herkömmliche Zahnkränze meist aus zwei bis vier großformatigen Segmenten bestehen, setzt der Bruchsaler Antriebsspezialist auf eine mehrteilige Konstruktion mit besonders kompakten Einzelsegmenten. Je nach Gesamtdurchmesser des Zahnkranzes haben diese Segmente Abmessungen von lediglich 1 bis 2 m. Diese Bauweise ermöglicht eine deutlich einfachere Handhabung und eine gleichbleibend hohe Fertigungsqualität unabhängig von der Gesamtgröße des Zahnkranzes. Jedes Segment wird einzeln abgegossen, mechanisch bearbeitet, wärmebehandelt und feinbearbeitet. Diese Prozessführung stellt die geforderte Maßhaltigkeit und Oberflächenqualität unabhhängig vom Durchmesser des Zahnkranzes sicher. Die hohe Ausgangsteilungsgenauigkeit der Konstruktion entspricht ISO 8 beziehungsweise AGMA 9 und gewährleistet ein sehr gutes Laufverhalten sowie eine gleichmäßige Lastverteilung im Betrieb.

Die segmentierte Bauweise bietet darüber hinaus Vorteile im Hinblick auf Transport, Montage und Wartung. Die kompakten Segmente lassen sich in handelsüblichen Containern transportieren, wodurch aufwendige Speziallogistik entfällt. Vor Ort können die Segmente entweder zu zwei Zahnkranzhälften vormontiert oder einzeln direkt an der Trommel befestigt werden. Das ist entscheidend bei beengten Platzverhältnissen, wie sie in Bestandsanlagen häufig anzutreffen sind. Im Schadensfall ist zudem ein selektiver Austausch einzelner Segmente möglich, ohne dass der gesamte Zahnkranz demontiert werden muss. Dies reduziert Stillstandszeiten und senkt die Instandhaltungskosten erheblich.

Hochgenaue Montage und ­Ausrichtung

Die Montagearbeiten begannen im Mai 2024 mit der Vormontage der Zahnkranzsegmente vor Ort in Vác. Im Juni folgten die finalen Arbeiten am Drehrohrofen, darunter der sogenannte Ofenschuss  – ein Verfahren, bei dem ein Teilbereich des Ofens herausgeschnitten und durch ein neues Segment ersetzt wird. Anschließend wurde der neue Zahnkranz montiert und präzise ausgerichtet. Auch das neue Antriebsritzel wurde installiert und in optimale Position zum Zahnkranz gebracht, um ein gleichmäßiges Tragbild zu gewährleisten. Die Ausrichtung erfolgte mit höchster Genauigkeit, um unzulässige Schwingungen zu vermeiden und die mechanische Belastung auf Zahnkranz und Peripherie zu minimieren.
Ein wesentliches Element des Projekterfolgs war die enge Zusammenarbeit von DDC mit den Experten von SEW-Eurodrive. Diese speziell ausgebildeten Fachkräfte unterstützten die Montage, Ausrichtung und Inbetriebnahme der neuen Antriebseinheit. Ihr fundiertes Fachwissen, moderne Werkstofftechnik und die effiziente Zusammenarbeit resultierten in einer wirtschaftlich überzeugenden und zukunftsorientierten Lösung.

Konstruktive Verbesserungen

Die Vorteile des neuen Zahnkranzes aus ADI-Guss lassen sich klar quantifizieren: Die Breite des Zahnkranzes ließ sich von ursprünglich 500 mm auf 300 mm reduzieren. Gleichzeitig wurden das Verzahnungsmodul erhöht und die Anzahl der Zähne verringert. Diese konstruktiven Anpassungen führten zu einem deutlich reduzierten Materialeinsatz, was sich in geringeren Investitionskosten und reduzierten Aufwendungen für Schmierung und Wartung widerspiegelt. Darüber hinaus tragen die hohe Teilungsgenauigkeit der Konstruktion sowie die präzise Ausrichtung dazu bei, Schwingungen im Gesamtsystem zu reduzieren. Das minimiert die mechanische Belastung von Zahnkranz und Antriebskomponenten.

Die Entscheidung von DDC für die geteilten Zahnkränze von SEW-Eurodrive zeigt, wie moderne Antriebstechnik zur Optimierung industrieller Prozesse beiträgt. Die Kombination aus innovativem Werkstoff, durchdachter Konstruktion und präziser Fertigung ermöglichte eine langlebige und wartungsarme Lösung, die den Anforderungen eines modernen Zementwerks gerecht wird.

Christian Rüttling, Marktmanager für Industriegetriebe, SEW-Eurodrive

Maintenance, Stand 419