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Neues Konzept für die vorbeugende Instandhaltung von Gurtförderbändern

Bergbaubetriebe, die auf vorbeugende Instandhaltung setzen, sollten auf der bauma den Stand der ScrapeTec Trading GmbH, Kamp-Lintfort, besuchen. Das Unternehmen, spezialisiert auf die Optimierung von Gurtfördersystemen und bekannt durch das kontaktlose AirScrape-Dichtungssystem, integriert robuste Sensorik in eine Lenk-rolle, wertet die Daten in einem Industrierechner aus und sendet sie per Funk z. B. an eine Instandhaltungs-Software. Auf der bauma ist der E-PrimeTracker, so heißt das System, erstmals live zu sehen.

Author/Autor: Dipl.-Ing. Wilfried Dünnwald, Geschäftsführer, ScrapeTec Trading GmbH, Kamp-Lintfort

In der Theorie sind Gurtförderbänder im Bergbau und in der Gewinnungsindustrie ideale „Kandidaten“ für die Umsetzung von Konzepten der Betriebszustandsüberwachung (Condition Monitoring) und der vorbeugenden Instandhaltung (Predictive Maintenance). Die Bänder laufen kontinuierlich, die Umgebungsbedingungen sind ungünstig (Staub, Fechtigkeit, Tag-/Nacht-Temperaturwechsel …). Es gibt typische Unregelmäßigkeiten (Schieflauf, Abwurf) und auch charakteristische Schadensbilder (ungleichmäßiger Verschleiß, Bandrisse …). Und die Notwendigkeit der kontinuierlichen Zustandsüberwachung ist ebenfalls gegeben – schließlich gibt es in den meisten Fällen kein Alternativ- oder Redundanzsystem, das bei einem Bandstopp schnell die Aufgabe des Materialtransports übernehmen kann.

Wunsch: Praxisgerechte Betriebszustandsüberwachung

Dennoch waren bzw. sind die bisher marktüblichen Lösungen für die Zustandsüberwachung genau genommen nur Teillösungen. Der Klassiker ist ein elektromechanischer Bandschieflaufschalter mit zweistufigem Meldesignal. Wenn das Band in einem definierten Bereich außermittig läuft, gibt der Schalter eine Warnmeldung aus, und der Service ist gefragt. Verstärkt sich der Schieflauf, veranlasst der Schalter ein Abschalten des Bands.

Alternativ können einzelne (Antriebs-)Komponenten wie Getriebemotoren und Wälzlager mit Condition Monitoring-Systemen (CMS) ausgerüstet werden. Ein Beispiel: An den Lagern der Rollen werden Sensoren installiert, die Unregelmäßigkeiten erfassen und so die frühzeitige Erkennung von Lagerschäden ermöglichen. Aber: Hier werden nur einzelne Antriebskomponenten überwacht und nicht das Band selbst.

Anlass: Verringerter Wartungsaufwand an Bändern durch AirScrape

Dass die ScrapeTec Trading GmbH, Kamp-Lintfort, ein weltweit aktiver Spezialist für die Optimierung von Schüttgutförderanlagen, nun ein System für die ganzheitliche Betriebszustandserfassung entwickelt hat, verdankt sie letztlich der hervorragenden Funktion eines anderen ScrapeTec-Produkts.

In den meisten Anlagen mit Gurtförderbändern ist es nicht nur üblich, sondern erforderlich, die Bänder täglich zu inspizieren. Insbesondere der je nach Fördergut auch abrasive oder klebrige Staub, der beim Materialtransport entsteht und in die beweglichen Teile des Bandantriebs wie Rollen und Lager eindringt, führt dazu, dass die Bänder häufiger ausfallen. Außerdem ist die Staubentwicklung für die Mitarbeiter oft nicht akzeptabel.

Mit dem kontaktlosen und damit verschleißfreien AirScrape-System (Bild 1) hat ScrapeTec ein ebenso einfaches wie wirkungsvolles Konzept entwickelt, das hier Abhilfe schafft. Das System erzeugt einen Luftsog und reduziert damit die Staubentwicklung im Umfeld der Förderanlage drastisch, vor allem im Bereich der Übergabe.

Fig. 1. With the AirScrape system, ScrapeTec has developed a concept for dedusting conveyor systems that is as simple as it is effective.
Bild 1. Mit dem AirScrape-System hat ScrapeTec ein ebenso einfaches wie wirkungsvolles Konzept zur Entstaubung an Förderanlagen entwickelt. Photo/Foto: ScrapeTec

Kontinierliche Zustandsüberwachung bringt Nutzen

Viele Anwender haben bereits die Erfahrung gemacht, dass sich mit der Installation des AirScrape-Systems die Stillstandszeiten und -kosten des Bands in der Praxis stark reduzieren. Sie profitieren auch davon, dass weniger Inspektionsgänge erforderlich sind. Das aber führte bei einigen der ersten AirScrape-Anwendern dazu, dass es vermehrt zu Störungen und Ausfällen kam, die nicht auf Staubentwicklung zurückzuführen waren, sondern vielmehr darauf, dass es keine regelmäßigen Kontrollgänge mehr gab. Deshalb konnten Unregelmäßigkeiten, die einen Defekt oder gar Stillstand ankündigten, nicht mehr frühzeitig erkannt wurden.

Gerade in dieser Konstellation empfiehlt sich also eine kontinuierliche Zustandsüberwachung – eine geradezu logische Entwicklungsaufgabe für ScrapeTec, denn das Unternehmen hat sich zum Ziel gesetzt, dem Bergbau und der Gewinnungsindustrie intelligente Produkte rund ums Förderband zu bieten.

Grundlage: Die PrimeTracker-Lenkrolle

Die Entwicklungsarbeit musste nicht bei Null anfangen. Denn mit dem PrimeTracker (Bild 2) stand bereits die Basis für die Hardware der Betriebszustandsüberwachung zur Verfügung und der erste Parameter, der erfasst wird – der Schieflauf des Bands – war auch schon vorhanden.

Fig. 2. The belt tracker as the basic system of the E-PrimeTracker can be easily installed in existing conveyor systems. // Bild 2. Die Lenkrolle als Basissystem des E-PrimeTrackers lässt sich einfach in bestehenden Förderanlagen installieren. Photo/Foto: ScrapeTec

Beim PrimeTracker handelt es sich um eine Lenkrolle, die Bandschieflauf erkennt und selbsttätig ausgleicht. Schon geringer Schieflauf wird aufgrund ungleichmäßiger Kräfte, die dann auf die Rolle wirken, sofort erkannt. Der Zylinderkörper schwenkt daraufhin selbsttätig so, dass das Band wieder zur Mitte zurückgelenkt wird. Das funktioniert gleichermaßen bei geringem und bei starkem Schieflauf.

Im Unterschied zu ähnlichen Systemen kann sich die Lenkrolle während des Betriebs im 360°-Radius völlig frei bewegen und immer einen 100 %igen Kontakt zum Gurt halten (Bild 3). Zu den weiteren Vorteilen des PrimeTrackers gehören die außerordentlich einfache Installation, der geringe Wartungsaufwand sowie der Schutz der Gurtkanten bzw. des Förderbands.

Fig. 3. The belt tracker with the integrated sensor system for monitoring the operating status can move completely freely in a 360° radius and always maintains 100 % contact with the belt. // Bild 3. Die Lenkrolle mit der integrierten Sensorik für die Betriebszustandsüberwachung kann sich im im 360°-Radius völlig frei bewegen und hält immer einen 100 %igen Kontakt zum Gurt. Photo/Foto: ScrapeTec

Sensorik erfasst die aussagekräftigen Kennwerte

In diese Rolle, die sich dank ihrer kompakten Bauweise gut im Untertrum bestehender Förderanlagen integrieren lässt, haben die Entwickler von ScrapeTec robuste Sensoren integriert, die zentrale und aussagekräftige Kennwerte erfassen, z. B. die Gurtposition, die Bandgeschwindigkeit und den Zustand der Gurtverbindung.

Die hierfür nötige Auswertung der Daten übernimmt ein kompakter Industrierechner, der direkt am Band in einem robusten und staub- sowie spritzwassergeschützten Gehäuse montiert wird. Eine externe Energiezufuhr ist nicht nötig. Stattdessen erzeugt ein Generator, der in die Lenkrolle integriert ist, die benötigte Energie. Damit arbeitet das System vollständig autark.

Datenübertragung per Funk

Fig. 4. The E-PrimeTracker enables the integration of belt conveyors into preventive maintenance systems. // Bild 4. Der E-PrimeTracker ermöglicht die Integration von Gurtförderbändern in Systeme der vorbeugenden Instandhaltung. Photo/Foto: ScrapeTec

Dieses CMS-System – den E-PrimeTracker (Bild 4) – wird ScrapeTec auf der Messe bauma 2022 in München erstmals vorstellen. Die von den Sensoren erfassten und vom Rechner aufgearbeiteten Daten werden kabellos, per Mobilfunk oder WLAN, z. B. an eine Leitwarte oder auf den Laptop oder das Handy des Servicepersonals gesendet. Eine Vorort-Zustandsanzeige, z. B. mit verschiedenen Arten von Warn- oder Meldeleuchten, lässt sich ebenfalls und zusätzlich realisieren. Zudem wird es eine App geben, mit der die Servicetechniker vor Ort oder die Instandhaltungsplaner einen mobilen Remote-Zugang zu jedem E-PrimeTracker in den Betriebsstätten des Unternehmens bekommen.

Weltpremiere: Kontinuierliche und umfassende Betriebszustandserfassung bei Förderbändern

Damit schafft diese Weltpremiere die Voraussetzung dafür, im Sinne von Condition Monitoring und Predictive Maintenance kontinuierlich und umfassend den „Gesundheitszustand“ eines Gurtförderbands zu erkennen und zu dokumentieren, mit dem Ziel, Unregelmäßigkeiten zu melden und schnellstmöglich zu beseitigen. Diese Transparenz im Hinblick auf Betriebsdaten und Unregelmäßigkeiten erhöht die Betriebssicherheit signifikant und verringert das Risiko von ungeplantem Stillstand.

Das System erfasst kontinuierlich den Zustand des Bands (Risse, Unregelmäßigkeiten an den Verbindungsstellen …) und übernimmt, genau wie der Basis-PrimeTracker, die selbsttätige Korrektur von Bandschieflauf.

Integration der Daten in Predictive-Maintenance-Systeme

Die aufbereiteten Sensordaten lassen sich ganz einfach in die marktüblichen Systeme der vorbeugenden Instandhaltung integrieren. Aus den übermittelten Daten kann der Anwender Servicebedarf ableiten, weil die Sensoren Veränderungen zuverlässig detektieren und frühzeitig – bevor es zu größeren Schäden oder Bandstillstand kommt – eine Warnmeldung ausgeben.

Außerdem sammelt der E-PrimeTracker die erfassten Daten und dokumentiert sie. Auf der Basis dieser Daten kann der Anwender z. B. die Fahrweise des Bands optimieren und so dessen Lebensdauer verlängern. Davon unabhängig erfüllt die Lenkrolle weiterhin die Aufgabe, Bandschieflauf zu erkennen und selbsttätig auszugleichen.

Erfolgreiche Testreihen

In diversen Testreihen haben die Ingenieure von ScrapeTec die Praxistauglichkeit des E-PrimeTrackers nachgewiesen – in verschiedenen Belastungssituationen von 75 bis 225 N sowie verschiedenen Positionen am Band und diversen Betriebszuständen (Einlauf, Rückläuf, bei blockierter Tragrolle). In jedem Test entsprachen die von der Sensorik ermittelten Parameter den real gemessenen Werten.

Weitergedacht – Zusätzliche Sensorik oder Auswertung der Sensordaten mit KI

Auf der bauma zeigt ScrapeTec einen ersten funktionsfähigen und serienreifen Prototypen des E-PrimeTrackers und zwar live, inclusive Auswertung und Funkübertragung der Sensordaten.

Die Verantwortlichen des Unternehmens sehen diesen Prototypen und die Messepräsentation als Grundlage, um mit den Besuchern über ihre konkreten Anforderungen an die Zustandsüberwachung und die vorbeugende Instandhaltung von Förderbändern ins Gespräch zu kommen.

Die Entwickler von ScapeTec haben bereits Ideen gesammelt, wie man dieses Konzept noch erweitern kann, z. B. durch die Integration zusätzlicher Sensoren etwa für die Zustandsüberwachung der Wälzlager. Außerdem könnte die Auswertung der Sensordaten mit Hilfe von Künstlicher Intelligenz (KI) verbessert werden. Aktuell sammelt man aber erst einmal Praxiserfahrungen mit der ersten Generation des E-PrimeTrackers.

ScrapeTec auf der bauma: Halle C2, Stand 225/14

Author/Autor: Dipl.-Ing. Wilfried Dünnwald, Geschäftsführer, ScrapeTec Trading GmbH, Kamp-Lintfort
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