Ursachenanalyse der Durchbiegung von Förderbändern: Zentrierung, Rollenausrichtung und Lastverteilungsprobleme

1. Einführung

Die Abweichung des Förderbandes von der Mittelachse ist einer der häufigsten und kritischsten Fehler in industriellen Förderanlagen. Dieses Problem führt zu erheblichen Betriebsverlusten, einschließlich Materialverschüttungen, erhöhtem Verschleiß an den Band- und Förderkomponenten, ungeplanten Produktionsunterbrechungen und potenziellen Gefahren für die Sicherheit des Personals. Für eine wirksame Beseitigung und Vorbeugung solcher Störungen ist ein systematischer Ansatz zur Ursachenanalyse zwingend erforderlich.

2. Übersicht über die Komponente und das System

Das Förderband ist in den meisten Branchen ein wesentliches Element für den Transport von Schüttgütern. Es besteht aus einer Antriebstrommel, einer Spanntrommel, Rollenträgern (rohrförmig, gerade, zentrierend), dem Band selbst und einem Rahmen. Jedes dieser Elemente spielt eine Schlüsselrolle dabei, den Bandlauf in einer geraden Linie zu halten.

• Antriebstrommel: Überträgt Bewegung auf das Band. Seine Oberfläche weist häufig eine Ausbuchtung (Krone) auf, um das Band zu zentrieren.
• Rollenstützen (Rollen): Stützen Sie das Band und die Last auf dem Arbeitsbein und das leere Band auf dem Rücklaufbein. Die Ausrichtung der Rollen ist für eine stabile Bewegung von entscheidender Bedeutung.
• Förderband: Das Hauptelement für den Materialtransport. Sein Zustand, Spannung und die Qualität der Verbindungen beeinflussen die Zentrierung.

In modernen Transportsystemen, insbesondere in großen oder schnellen Transportsystemen, können automatisierte Bandzentrierungssysteme eingesetzt werden. Zu diesen Systemen gehören häufig hydraulische Aktuatoren, die von Proportionalventilen wie dem REXROTH LC40A10D7X gesteuert werden. Dieses für eine präzise Durchflussregelung konzipierte Hydraulikventil kann in ein hydraulisches Spann- oder aktives Rollenausrichtungssystem integriert werden. Seine Fehlfunktion, beispielsweise durch Verschmutzung, Dichtungsverschleiß oder falsche Kalibrierung, kann zu einer ungenauen Positionierung der Aktuatoren führen, was sich direkt auf die Zentrierung des Bandes auswirkt und zu dessen Abweichung führt. Der Arbeitsdruck für solche Ventile beträgt in der Regel bis zu 350 bar und die Positioniergenauigkeit kann bei korrekter Funktion innerhalb von ±0,1 mm liegen.

3. Nachweis einer Fehlfunktion

Fehlfunktionen der Förderbandzentrierung äußern sich durch eine Reihe optischer, akustischer und messtechnischer Anzeichen:

• Optische Anzeichen:
  • Das Band bewegt sich ständig zur Seite und berührt die Elemente des Förderrahmens.
  • Sichtbare Abriebspuren (5-10 mm tief) an den Kanten des Bandes oder an den Seitenelementen der Struktur.
  • Verschütten von Material außerhalb des Bandes, insbesondere in Be- und Entladebereichen.
  • Ungleichmäßige Abnutzung der Bandoberfläche.
  • Verformung oder Beschädigung der Bandkanten.
• Messdaten:
  • Rollenausrichtung: Mit einem Lasernivelliergerät wurde eine Abweichung von mehr als 3 mm vertikal oder horizontal auf einer 1-Meter-Fläche festgestellt. Laut EN 14973 sollte die maximal zulässige Abweichung für Rollen 2 mm pro Meter Länge nicht überschreiten.
  • Die Temperatur der Wälzlager: Eine thermografische Analyse (z. B. mit einem IR-Thermometer) zeigt einen lokalen Anstieg der Temperatur der Wälzlager auf 80–100 °C, was 40–60 °C über der Umgebungstemperatur (20–30 °C) liegt. Dies weist auf erhöhte Reibung oder Blockierung hin.
  • Vibration: Die Vibrationsanalyse (nach ISO 10816-3) an den Rollenlagergehäusen zeigt eine RMS-Geschwindigkeit von über 4,5 mm/s, während die Ausgangswerte für gesunde Rollen weniger als 2,8 mm/s betragen. Spitzenwerte können 10-15 mm/s erreichen.
  • Riemenspannung: Die Messung der Riemenspannung (mit einem Dynamometer oder Dehnungsmessstreifen) zeigt Abweichungen von den vom Hersteller empfohlenen Werten (z. B. eine Abweichung von 10–15 % von der optimalen Spannung von 100 N/mm für einen bestimmten Riementyp).
• Betriebsindikatoren: Häufige ungeplante Stopps, verringerte Produktivität, erhöhter Stromverbrauch (bis zu 5–10 % aufgrund erhöhter Reibung).

4. Untersuchung der Grundursachen

Zur systematischen Identifizierung von Grundursachen wird die „Fishbone“-Methode (Ishikawa-Diagramm) angewendet, die sich auf die Schlüsselkategorien konzentriert, die die Arbeit des Förderers beeinflussen.

4.1. Ausrüstung (Maschine)

• Falsche Krone der Antriebs-/Spanntrommel: Die Krone der Trommel, die 1/200 der Breite der Trommel entsprechen sollte, fehlt möglicherweise, ist unzureichend definiert oder abgenutzt. Dies führt zum Verlust der natürlichen Zentrierung des Bandes.
• Falsch ausgerichtete Rollenhalterungen: Rollen können in einem Winkel, schief oder nicht senkrecht zur Achse der Bandbewegung installiert werden. Der zulässige Schräglauf der Rollen gemäß DSTU EN 14973:2018 sollte 0,5 % der Riemenbreite nicht überschreiten. Blockierte oder verklemmte Rollen erzeugen außerdem einen erhöhten Widerstand und führen zum Abstreifen des Bandes.
• Wälzlagerverschleiß: Lager mit erhöhtem Spiel oder solche, die festsitzen, verhindern, dass sich die Rollen frei drehen, was zu Reibung und Riemenverschiebung führt. Eine typische MTBF für Qualitätslager liegt bei 50.000 – 100.000 Stunden, kann aber durch Verschmutzung oder Überlastung deutlich reduziert werden.
• Verformung des Förderrahmens: Der Tragrahmen kann aufgrund mechanischer Stöße, unsachgemäßer Installation oder Senkung des Fundaments verbogen oder schief werden.
• Fehlfunktion des automatischen Zentriersystems: Bei Systemen mit aktiven Elementen wie hydraulischen Lenkrollen kann eine Fehlfunktion des Proportionalventils (z. B. REXROTH LC40A10D7X) aufgrund von Schmutz, Verschleiß oder Elektronikfehler zu ungenauen oder fehlenden Einstellungen führen.

4.2. Material (Band und Fracht)

• Ungleichmäßige Belastung: Material, das dem Band außermittig zugeführt oder ungleichmäßig über die Breite verteilt wird, erzeugt einen asymmetrischen Druck, der dazu führt, dass sich das Band verschiebt. Bei einer optimalen Belastung wird die Last auf 80 % der Gurtbreite verteilt.
• Beschädigung oder Abnutzung der Bandkanten: Beschädigte Bandkanten (z. B. Schnitte, Ausfransen) können dazu führen, dass sich das Band verzieht und abweicht.
• Defekte an den Spitzenverbindungen: Unsachgemäß hergestellte, beschädigte oder abgenutzte Bandverbindungen können in der Dicke und Steifigkeit variieren oder nicht senkrecht zur Bandachse verlaufen, wodurch Ablenkpunkte entstehen.
• Falsche Riemenspannung: Eine unzureichende Spannung führt zum Durchhängen des Riemens und zu einer instabilen Bewegung. Zu hohe Spannung erhöht die Belastung der Lager und kann zur Verformung des Riemens führen.

4.3. Methode (Wartung und Betrieb)

• Unzureichende Wartung: Fehlende regelmäßige Kontrollen der Rollenausrichtung, des Lagerzustands, der Riemenspannung und der Trommelkrone.
• Falsche Installation: Fehler bei der Erstmontage des Förderers oder beim Austausch von Komponenten, die zu einer anfänglichen Schiefstellung des Rahmens oder der Rollen führen.
• Unzureichende Personalschulung: Bedienern und Wartungspersonal mangelt es an ausreichenden Kenntnissen über die ordnungsgemäße Einrichtung, den Betrieb und die Diagnose von Zentrierproblemen.

4.4. Mitarbeiter

• Mangelnde Qualifikation: Das technische Personal ist nicht ausreichend qualifiziert, um eine genaue Ausrichtung und Diagnose durchzuführen.
• Technologieverstoß: Ignorieren festgelegter Verfahren während der Einrichtung oder Reparatur.

5. Identifizierte Grundursachen

1. Falsch ausgerichtete oder blockierte Rollen (Wahrscheinlichkeit: hoch). Bestätigt durch Laserausrichtungsmessungen (>3 mm pro Meter) und erhöhte Lagertemperatur (>80 °C). Dies ist der häufigste Grund, der eine regelmäßige Kontrolle erfordert.
2. Ungleichmäßige Belastung des Bandes (Wahrscheinlichkeit: hoch). Eine Verschiebung des Materials zu einer Kante des Bandes im Ladebereich wird visuell beobachtet. Dadurch entsteht eine asymmetrische Belastung, die eine permanente Verschiebung zur Folge hat.
3. Falsche Riemenspannung (Wahrscheinlichkeit: Durchschnitt). Messungen zeigen Abweichungen von den empfohlenen Werten um 10-15 %. Unzureichende Spannung lässt das Band zu