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Archimedische Schneckenpumpen sind eine verbreitete Lösung zum Heben von Wasser, Abwasser und Dünnschlamm. Für einen zuverlässigen Betrieb dieser Pumpen spielt die Antriebstechnik eine Schlüsselrolle. Das Funktionsprinzip von Schneckenpumpen war bereits in der Antike bekannt: Eine Schnecke rotiert um ihre Mittelachse und nimmt dabei das Fördergut in den Kammern zwischen Trog und Schnecke mit nach oben. Am Schneckenende kann das Wasser schließlich aus der sich auflösenden Kammer auslaufen. Ihre Unempfindlichkeit, auch gegenüber stark verunreinigtem Wasser (hoher Feststoffgehalt), sowie der wartungsarme Betrieb der Anlagen haben zu ihrer Verbreitung beigetragen. Um die Verfügbarkeit der Einlauf-Schneckenpumpen in einer Münchner Kläranlage auch zukünftig sicherzustellen, entschied sich der Betreiber zu einer präventiven Befundung seiner Getriebe mittels Endoskopie. Das Unternehmen entschied sich, die beiden Getriebe sowie die Asynchron-Drehstrommotoren zu tauschen und dabei auf die Expertise von Sew-Eurodrive zurückzugreifen.

Unterschiedliche Antriebsvarianten

Angetrieben werden Schneckenpumpen von asynchronen Drehstrommotoren, die entweder über einen Riementrieb oder eine drehelastische Kupplung mit den Getrieben verbunden sind. Abhängig von den örtlichen Gegebenheiten wird die Variante mit Riemen als Stirnradgetriebe mit Motorstuhl oder als Kegelstirnradgetriebe mit einem separat aufgestelltem Fußmotor realisiert. Bei der Anbindung über eine Kupplung erfolgt die Montage des Motors entweder über einen Motoradapter oder als Fußbefestigung direkt auf dem Fundament. Die riemenlosen Antriebe haben eine höhere Energieeffizienz. Der Wegfall einer verschleißbehafteten Komponente reduziert zudem den Wartungsaufwand für den Betreiber.​

Abtriebsseitig wird das Getriebe über eine elastische Kupplung mit der Schneckenwelle verbunden. Diese gleicht den Wellenversatz zwischen Getriebe- und Maschinenwelle aus und nimmt über Elastomerelemente gleichzeitig moderate Stöße auf. Die beim Abschalten des Motors, durch das zurückdrängende Wasser, auftretenden Rückwärtsbeschleunigungen werden zudem von einer Rücklaufsperre am Getriebe abgefangen. Fliehkraftabhebende Klemmköper heben, bei Erreichen der Abhebedrehzahl, vom Außenring der Rücklaufsperre ab und geben die Drehbewegung in Förderrichtung frei. Die Sperrwirkung der Klemmköper in die entgegengesetzte Drehrichtung verhindert das Rückwärtsdrehen der Schnecke. Neben dem Betrieb der Motoren am Netz kommen zunehmend Frequenzumrichter zur Drehzahloptimierung der Schneckenpumpe zum Einsatz. In Abhängigkeit vom Unterwasserspiegel wird so durch eine stufenlose Drehzahlregelung die Schneckenpumpe im wirkungsgradoptimierten Bereich betrieben.

Wahl des passenden Getriebes

Ein passend zur Anwendung projektiertes Getriebe gehört zur Grundvoraussetzung für einen störungsfreien Betrieb der Schneckenpumpe. So werden zum Beispiel auf Basis des zu übertragenden Drehmoments sowie der ein- und abtreibenden Drehzahl die mechanischen Sicherheiten für Verzahnung, Wellen, Wälzlager etc. bestimmt. Die einzuhaltenden Mindestsicherheiten ergeben sich dabei aus der Charakteristik der Anwendung sowie der täglichen Betriebszeit. Auch die Frage, ob der Motor am Frequenzumrichter, mit Sanftanlaufgerät oder direkt am Netz, betrieben wird spielt bei der Dimensionierung des Getriebes eine Rolle. Die durch den Anlaufvorgang verursachten, kurzzeitigen Überlasten müssen ebenso berücksichtigt werden wie die sich, unter normalen Betriebsbedingungen, einstellenden Belastungen. Ein netzbetriebener Asynchronmotor läuft mit etwa dem 3-fachen Wert seines Nenndrehmomentes an. Beim Frequenzumrichter-Betrieb hingegen lässt sich der Anlaufstrom und damit das Anlaufmoment des Motors begrenzen. Die Belastung des Getriebes durch den Anlaufvorgang ist hierdurch deutlich weniger ausgeprägt als beim Netzbetrieb. Weiterhin sind gegebenenfalls auftretende Überlasten auf der eintreibenden Seite – wie sie etwa durch Verklemmen von Treibholz auftreten – bei der Planung des Antriebskonzeptes zu berücksichtigen.

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Konzept für höhere Energieeffizienz

Die Betriebsleitung entschied sich schließlich, die beiden Getriebe sowie die Asynchron-Drehstrommotoren zu tauschen und dabei auf die Expertise von SEW-Eurodrive zurückzugreifen. Die bisher verbauten Kegelstirnradgetriebe mit Riementrieb konnten durch dreistufige Stirnradgetriebe der Baureihe X ersetzt werden. Die Anbindung des Motors an das Getriebe wurde mit einem Motoradapter mit integrierter drehelastischer Kupplung realisiert. Durch das neue Antriebskonzept entfiel der verschleißbehaftete Riemen. Der Betreiber profitiert so von geringeren Wartungsaufwänden sowie einer höheren Energieeffizienz im Vergleich zur bisher bestehenden Antriebslösung. Die Adaption an die Anschlussmaße der Schneckenwelle ließ sich ohne aufwändige Fundamentarbeiten umsetzten. Die geringe Achshöhe der Industriegetriebe Baureihe X ermöglicht, dass sich bestehende Anschlussmaße mit einer Bodenblatte einfach abbilden lassen - so auch in diesem Fall, bei dem die Adapterplatte Teil des SEW Antriebspakets war.

Antriebspaket aus einer Hand

Die Getriebe der Baugröße 230 sind mit einem Nenndrehmoment von 131 Kilonewtonmeter ausreichend groß bemessen, um die 200 Kilowatt des SEW-Motors vom Typ DRN sicher zu übertragen und gleichzeitig applikationsseitige Stöße zu kompensieren. Eine lange Öllebensdauer wird durch einen externen Öl-Luftkühler sichergestellt. Er sorgt dafür, dass der Getriebeschmierstoff im projektieren Temperaturbereich bleibt und permanent gefiltert wird. Zur flexiblen Anpassung der Pumpenleistung werden die Antriebe am Frequenzumrichter betrieben. Die hierdurch, im Vergleich zum Netzbetrieb, geringere Belastung durch den Anlaufvorgang, wirkt sich positiv auf die Getriebelebensdauer aus. Beim Betrieb der Motoren am Frequenzumrichter kann es jedoch durch induzierte Wellenströme zu einer Beschädigung der verbauten Wälzlager kommen. Um dem vorzubeugen, wurden die Motoren mit stromisolierten Wälzlagern auf der Motor-B-Seite ausgestattet. Die abtriebsseitigen Bolzenkupplungen der Bestandgetriebe zeigten bei der Befundung keine signifikanten Schäden. Sie konnten daher weiterverwendet werden und mussten, zur Anpassung an das Wellenmaß der neuen Getriebe, lediglich aufgebohrt werden. Neben dem Einbau der Antriebe sowie der Bodenplatte war auch dies Teil der von SEW-Eurodrive durchgeführten Arbeiten.