Füllungsgesteuerte Turbokupplungen

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1 Füllungsgesteuerte Turbokupplungen

2 Voith Unser Unternehmen Voith ist der zuverlässige Partner von Schlüsselindustrien. Wir setzen weltweit Maßstäbe in unseren Märkten Papier, Energie, Mobilität und Service. Mit über 3,5 Mrd. Umsatz und mehr als Mitarbeitern an weltweit über 200 Standorten gehört Voith zu den großen Familienunternehmen Europas. Papier Energie Mobilität Service Märkte Wir gestalten die Zukunft Mit unseren Anlagen, Komponenten und Dienstleistungen erbringen wir einen wesentlichen Beitrag zum Erfolg unserer Kunden. Die weltweite Nachfrage nach Papier, Energie, Mobilität und Service wird in den nächsten Jahren weiter wachsen. Wir werden die Entwicklung dieser Zukunftsmärkte begleiten und mitgestalten. Menschen bei Voith haben mit ihren Ideen und Entwicklungen immer wieder Technikgeschichte geschrieben. Heute setzen unsere Produkte weltweit Maßstäbe. Unsere Ingenieure werden die Zukunft in unseren Märkten weiter hin aktiv gestalten. Zum Wohle unserer Kunden und für den langfristigen Erfolg unseres Unternehmens. Kunden Die Bedürfnisse unserer Kunden stehen im Mittelpunkt unseres Handelns. Unsere weltweite Präsenz und Nähe zum Kunden ist Grundlage für eine vertrauensvolle Zusammenarbeit. Mit unserer Ingenieurskunst, Innovationskraft und Solidität wollen wir unseren Kunden ein zuverlässiger Partner sein. Über Generationen hinweg. 2

3 Füllungsgesteuerte Kupplungen von Voith Turbo so kommen Massen sanft auf Touren Ob Rohstoffgewinnung oder Prozesstechnik überall wo große Massen bewegt werden müssen, braucht man große Kräfte. Doch je größer die Kraft, desto größer der Verschleiß. Schonen Sie Antrieb und Komponenten mit füllungsgesteuerten Kupplungen von Voith Turbo. Sie regeln und beschleunigen Ihre Maschine auf sanfte Art und schützen den Antriebsstrang bei Überlastung vor Schäden. Maschinen wie Shredder, Brecher, Kettenförderer oder Mühlen können durch Überladung plötzlich blockieren. Füllungsgesteuerte Kupplungen rutschen bei Überlastung durch und schützen wirkungsvoll den Antriebsstrang. In Verbindung mit einer elektronischen Anfahrregelung werden Anlaufzeiten bis zu mehreren Minuten realisiert. Die Gurtzugkräfte beim Anfahren von Gurtförderern werden dabei auf ein Minimum reduziert. Durch die Veränderung der Kupplungsfüllung regeln sie sanft und stufenlos die Drehmomentübertragung und damit die Betriebsdrehzahl. 3

4 Vorteile und Nutzen in der Anwendung Eigenschaften Anwendung Anfahrhilfe (lastloser Motorstart) Beschleunigung schwerer Massen Überlastschutz Drehzahlstellen Schwingungsdämpfung Mehrmotoren- Antrieb (sequentieller Motorenstart) Begrenzung des Anfahrmoments Lastausgleich zwischen den Antrieben Losbrechen der Arbeitsmaschine Brecher Shredder Kugelmühle Vertikalmühle Zentrifuge Gurtförderer Strebförderer Mischer Stoffl öser Gasturbinenstart Gebläse (Retrofi t) Pumpe (Retrofi t) ++ Für jede Anforderung die beste Lösung Einzeln oder im Doppelpack : Voith Turbo bietet Ihnen auch für Ihre Anwendung die passende Lösung. Der hydrodynamische Kreislauf aus Pumpen- und Turbinenrad (TPK) ist je nach Anforderung auch paarweise zu einer Doppelkupplung (DTPK) kombinierbar. Drei unterschiedliche Bauarten sind auf den Folgeseiten beschrieben: Übersichtseiten der Produkte DTPK fremdgelagert, kompakte Einheit für industrielle Anwendungen TPKL eigengelagert, Antriebsmodul für Gurtförderer über und unter Tage DTPKW Spezialbauform für den Bergbau, Betriebsmittel Wasser

5 Das geniale Funktionsprinzip Über eine Betriebsfl üssigkeit überträgt das vom Motor angetriebene Pumpenrad ohne mechanischen Verschleiß die Leistung auf das Turbinenrad, das wiederum die Arbeitsmaschine antreibt. 1 Arbeitsraum 2 Fangrinne 3 Pumprinne 4 Staudruckpumpe 5 Düsen 6 Temperaturüberwachung % Füllstandserkennung (optional) 8 Kühler 9 Elektromagnetventile 10 Tank Verschleißfreie Leistungsübertragung in kompakter Form Hydrodynamische Kupplungen von Voith Turbo vereinen eine vom Motor angetriebene Kreiselpumpe (Pumpenrad) und eine Turbine (Turbinenrad), die eine Arbeitsmaschine antreibt, auf kleinstem Raum. Das vom Motor abgegebene Drehmoment wird vom Pumpenrad in Strömungsenergie umgewandelt. Das Turbinenrad überträgt diese als mechanische Energie in die Arbeitsmaschine. Stufenlos zwischen ganz voll und ganz leer Durch Änderung der Füllung im Arbeitsraum wird die Drehmomentübertragung sanft und stufenlos eingestellt und damit die Betriebsdrehzahl der Arbeitsmaschine: Die Füllung wird drucklos an die Fangrinne übergeben und fl ießt durch Fliehkraft in den Arbeitsraum. Über Düsen tritt der zur Füllungssteuerung und Kühlung erforderliche Betriebsmittelstrom in eine umlaufende Pumprinne ein. Dort wird er von einer gegen die Drehrichtung ragenden Staudruckpumpe aufgenommen und durch den Kühler wieder zur Fang rinne geführt. Zwei Elektromagnetventile dosieren (vollkommen ohne externe bewegliche Teile) das aktive Flüssigkeitsvolumen im Arbeitskreislauf stufenlos zwischen ganz voll und ganz leer, wobei Flüssigkeit dem Tank entnommen oder zugeführt wird. 5

6 Gurtförderer-Anlauf Konstantes Lastmoment Antrieb Parabolisches Lastmoment M Förderer Kupplung Füllen Entleeren Ölanlage Getriebe Regler Drehmoment Nennmoment 1,5 1,25 1 0,75 0,5 0,25 30 % Nennlast 20 % 10 % Beschleunigungsmoment Leerlauflast 5 % Füllung 50 % 60 % 70 % 80 % 95 % 90 % 100 % Drehmoment Nennmoment 1,25 1 0,75 0,5 0,25 30 % 20 % 10 % Füllung 40 % 50 % 60 % 70 % 80 % parabolisches Lastmoment 95 % 90 % 100 % 0 0 0,1 0,5 1 Abtriebsdrehzahl Motordrehzahl 0 0 0,1 0,5 Arbeitspunkt Abtriebsdrehzahl Motordrehzahl 1 Sanftes Anfahren Je sanfter eine Maschine beschleunigt, desto mehr schont man sie. Speziell das teuerste Bauteil einer Gurtförderanlage der Fördergurt verlangt dies. Hierzu verarbeitet eine elektronische Regelung die Werte von abgegebener Motorleistung und Gurtgeschwindigkeit. Entsprechend steuert sie Füll- und Entleerventil an und minimiert damit die Gurtzugkräfte beim Anfahrvorgang. Beschleunigungszeiten bis zu mehreren Minuten sind parametrierbar. Stufenloses Drehzahlregeln Durch die Veränderung der Kupplungsfüllung wird die Drehmomentübertragung und damit die Betriebs drehzahl gesteuert: Teildrehzahlen lassen sich über einen weiten Bereich stufenlos einstellen, z. B. an Gebläsen und Kreiselpumpen, also an Maschinen mit parabolischem Lastmomentverlauf aber auch an Gurtförderern zur Positionierung oder Inspektion des Gurtes. Vorteile, die überzeugen Verschleißfreie Leistungsübertragung Sanfter Aufbau des Losbrechmoments Geregelte Beschleunigung schwerster Massen Überlastschutz bei Blockierungen Dämpfung von Drehschwingungen und Stößen Drehmoment Motormoment 2,5 2,0 Drehmomentbegrenzung 2,5-fach Variable Einstellung der Arbeitsmaschinendrehzahl Zu- und Abschaltung der Arbeitsmaschine bei 1,0 Nennmoment 0 1 Schützen des Antriebsstrangs Maschinen wie Shredder, Brecher oder Kettenförderer können durch Überladung blockieren. Hier schützt die Kupplung wirkungsvoll den Antriebsstrang: Sie rutscht bei Erreichen einer defi nierten Überlast durch und begrenzt damit das maximal übertragbare Drehmoment. Dieses kann werksseitig zwischen ca. 1,8 3,0 fach eingestellt werden. Abtriebsdrehzahl Motordrehzahl laufendem Motor Guter Wirkungsgrad im Nennbetrieb durch geringen Schlupf Entlasteter Motoranlauf, dadurch erhöhte Starthäufi gkeit auch bei niedriger Läuferklasse Bei Mehrmotorenantrieben Schonen des Stromnetzes durch zeitlich versetztes Starten einzelner Motoren Bauartspezifi sch für Betriebsmedium Wasser lieferbar Unempfi ndlich gegenüber extremen Umweltbedingungen wie Staub, Hitze und Kälte Robuste Ausführung mit hoher Lebensdauer und Verfügbarkeit Lieferbar in explosionsgeschützter Ausführung 6

7 Aufbau DTPK-Kupplung Nennbetrieb Leistungskennfeld DTPK Die kompakte Kupplungsvariante Die extrem platzsparenden Kupplungen des Typs DTPK kommen vor allem in Antrieben von Mühlen, Shreddern, Pumpen und Gebläsen zum Einsatz. Sie sind äußerst wartungsarm und ermöglichen Drehzahlstellung. DTPK-Kupplungen sind fremdgelagert. Ihre Läu - ferteile werden mit der Nabe direkt auf die Motorund Arbeitsmaschinenwellen aufgezogen, die die von der Hydrodynamik abgegebenen axialen Kräfte und die Gewichtskräfte aufnehmen. Um diese Werte zu minimieren, sind die Laufräder aus Aluminium gefertigt und als Doppelkreislauf ausgeführt. Die Abdichtung der Wellen erfolgt berührungsfrei über Labyrinthe und deshalb vollkommen ohne Verschleißteile. Verbindungskupplungen sind nicht erforderlich. 7

8 DTPK-Aggregat Für Retrofit-Projekte das ideale Aggregat Die kompakte Bauweise und separate Ölversorgungsanlage machen DTPK-Kupplungen zum idealen Aggregat für alle Retrofi t-projekte. Bestehende Anlagen lassen sich schnell und leicht umbauen. Selbst beengte Platzverhältnisse stellen kein Hindernis dar. Und bei entsprechender Auslegung versorgt die Ölversorgungsanlage Fremdverbraucher gleich mit. Die Endmontage der Kupplung wird mit den vormontierten Elementen direkt auf der Baustelle durchgeführt. Anwendungsgebiete Shredder Mühlen Retrofi t in Gebläsen und Pumpen Stoffl öser Bauartspezifische Vorteile Extrem wartungsarm, keine Lager, keine Wellendichtringe, keine Verbindungskupplungen Geringe Einbauabmessungen Drehzahlstellung Auch für Betriebsmedium Wasser lieferbar Größe Typ A B F L K H h DTPK DTPK B A 650 DTPK , H 750 DTPK , DTPK h DTPK , DTPK Maße in mm (Änderungen vorbehalten) K F L Hauptabmessungen DTPK 8

9 1. Motoranlauf 2. Arbeitsmaschinenanlauf 3. Nennbetrieb 4. Betrieb bei Teildrehzahl Betriebszustände Variante mit einem Kupplungskreislauf (TPK) Mit dieser Version können extrem kurze Einbaulängen realisiert werden. Dabei sind jedoch höhere Axialkräfte zu berücksichtigen. Beim Nachrüsten bestehender Anlagen ist das Verschieben einzelner Komponenten auf ein Minimum reduziert. Variante mit offenem Betriebsmittelkreislauf (DTP) Der Vorgänger der DTPK mit dem einfachsten konstruktiven Aufbau. Variante mit einem Kupplungskreislauf (TPK) Variante mit offenem Betriebsmittelkreislauf (DTP) Kugelmühlenantrieb: Antriebsleistung kw bei min -1 9

10 Aufbau TPKL-Kupplung Nennbetrieb Leistungskennfeld TPKL/DTPKL eindrucksvolle Vorteile beim Anfahren von Gurtförderern Die Kupplungen TPKL/DTPKL wurden speziell für den harten Einsatz an Gurtförderern im Bergbau entwickelt. Angepasst an den jeweiligen Beladungszustand, regeln sie äußerst sanft die Beschleunigung und sorgen für eine optimale Leistungsverteilung bei mehrmotorigen Antrieben. Aber auch in anderen, für füllungsgesteuerte Kupplungen typischen Anwendungen kommen ihre Vorteile zur Geltung. Der externe Kühler macht den Antrieb thermisch sicher. Überladungen werden mühelos verkraftet. Anfahrzeiten von bis zu mehreren Minuten werden bestens gemeistert. Für Inspektionsbetrieb und Positionierung lässt sich der leere Fördergurt mit ca. 20 % seiner Nenngeschwindigkeit bewegen. Mechanische Ausführung Eigenlagerung; eigenständiges Aggregat zur Montage auf Fundament oder Schwinge Verstärkte Lagerung und Wellen für schweren Bergbaubetrieb Robustes Schweißgehäuse Ins Gehäuse integrierter Öltank Komplett verrohrt bis auf den separat stehenden Kühler Kühlung auch bei Anlagenstillstand Keine beweglichen Außenteile 10

11 TPKL-Aggregat Bauartspezifische Vorteile Für den Bergbau optimierte Konstruktion äußerst stabil und kompakt Standardisierte Einheit mit geringem technischem Klärungsaufwand Einfache Wartung des Gesamtantriebs durch modularen Aufbau TPKL Größe Typ A B C D E F G H1 H2 562 TPKL m TPKL-E m TPKL m TPKL-E m DTPKL m DTPKL-E m TPKL m B A A C TPKL-E G G H1 E H1 F D H2 H2 G G 866 DTPKL m Maße in mm (Änderungen vorbehalten) B C E F D Hauptabmessungen TPKL/TPKL-E 11

12 Stillstandskühlung Motorstart Maschinenstart Inspektionsdrehzahl Betriebszustände Die Kupplungsvarianten TPKL-R und TPKL-E Alle Kupplungsgrößen des Typs erhalten Sie als TPKL/DTPKL-Standardversion mit integriertem Öltank. Die Variante (D)TPKL-R hat für geringere Achshöhen einen fl acheren und dafür längeren Tank (Maße auf Anfrage). Den kompaktesten Bauraum bietet die (D)TPKL-E ohne eigenen Öltank. Der Tank steht extern oder ist z. B. in die Antriebsschwinge integriert. Anfahren eines Gurtförderers Bei Anlagen mit mehreren Antrieben werden die Motoren in Reihe gestartet, um das elektrische Netz zu entlasten. Erst dann werden die Kupplungen gefüllt, und die Gurtzugkraft sanft bis zum Losbrechen erhöht. Längsschwingungen im Gurt werden dadurch vermieden. Die geregelte Beschleunigung von bis zu mehreren Minuten Dauer minimiert den Anfahrfaktor. Ein externer Kühler bietet sehr hohe thermische Reserven, so dass häufi ge Starts, aber auch Inspektionsfahrten möglich sind. (D)TPKL TPKL-E 12

13 Aufbau DTPKWL2-Kupplung Nennbetrieb Leistungskennfeld DTPKW schwerste Massen umweltfreundlich losbrechen DTPKW-Kupplungen sind speziell entwickelt für den rauen Einsatz im Strebrandbereich. Sie arbeiten mit Wasser als Betriebsmittel. Dies bietet höchste thermische Kapazität, ist umweltfreundlich und entspricht dem Sicherheitsstandard unbrennbarer Betriebsmittel. Durch ihren Doppelkreislauf sind DTPKW-Kupplungen auch für minimale Bauhöhen bestens geeignet. Die DTPKW-Kupplungstypen sind die robustesten Ausführungen der gesamten Baureihe, denn sie sind konzipiert für extremste Einsatzbedingungen. Sie sind als Tunnelversion ausgeführt, ein Ausrichten des Antriebsstrangs ist dadurch nicht erforderlich. Sensorik und Aktorik sind eigensicher ausgeführt. Die Ventile zur Wassersteuerung sind kompakt in einem Block direkt am Aggregat verbaut. Die Drehmomentbegrenzung für Überlast ist werksseitig wahlweise auf das 2,5- bis 3-Fache des Nennmoments eingestellt zum Schutz von Motor, Getriebe und Kette. 13

14 562 DTPKWL2-Kupplung Anwendungsgebiete Die Kupplungen vom Typ DTPKW wurden speziell für Strebkettenförderer entwickelt, sind aber auch an Gurtförderern einsetzbar, wo Ölbetrieb nicht zulässig ist. Bauartspezifische Vorteile Nahezu unbegrenzte Anfahrhäufi gkeit Sichere automatische Drehmomentbegrenzung Wasserbetrieb (unbrennbar, umweltfreundlich) Kompaktes Design (Tunnelausführung) Kein Wassertank bei Betrieb am Wassernetz Einfache Ansteuerung und Überwachung DTPKW-Kupplungen gibt es in fremd- und eigengelagerten Versionen: Fremdgelagerte zeichnen sich durch ihre kurze Baulänge aus, eigengelagerte sind schneller zu montieren. B B Größe Typ L H B* 487 DTPKWL H H 562 DTPKWL DTPKWL DTPKWL DTPKWL B L B L DTPKWL2 562 DTPKWL DTPKW-TTT DTPKW-TTT H H Maße in mm (Änderungen vorbehalten) *Einbaubreite L DTPKWL2-800 L DTPKW-TTT Hauptabmessungen Ausführungsvarianten 14

15 Motorhochlauf und Entsorgung Restwasser Anfahren der Arbeitsmaschine Nennbetrieb mit Wassertausch zur Kühlung Teilfüllungsbetrieb Schleichfahrt Betriebszustände Minimaler Wasserbedarf im Betrieb Bei üblicher Beladung wird das Wasser nur wenig erwärmt. Es verbleibt im Nennbetrieb so lange im geschlossenen Kupplungskreislauf, bis die thermische Grenze von 55 C erreicht ist. Erst dann erfolgt ein Wassertausch. Neben der Kühlung mit Frischwasser kann optional ein Kühler in den Kupplungskreislauf geschaltet werden, der das Kühlwasser des Motors und Getriebes mitnutzt. So lässt sich der Wasserbedarf der Kupplung weiter herabsetzen. Maximale Anfahrhäufigkeit Bei einem Anfahrversuch gegen den blockierten Förderer kann sich die Kupplung auf maximal 100 C aufheizen. Für jeden Folgeversuch steht sofort wieder kaltes Wasser aus der Frischwasserver sor gung zur Verfügung. Dadurch kann der Vorgang unbegrenzt oft wiederholt werden. Kettenförderer mit 562 DTPKWL2, 500 kw Leistung 15

16 Voith Turbo GmbH & Co. KG Anfahrkomponenten Voithstraße Crailsheim, Germany Tel Fax anfahrkomponenten@voith.com Cr 112 de (RTS) 06/2006 Aufl. 0, Maße und Darstellungen unverbindlich. Änderungen vorbehalten.