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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 Umgebungs- bedingungen sind ungünstig (Staub, Fechtigkeit, Tag-/ Nacht- Temperaturwechsel ...). Es gibt typische Unregelmäßigkeiten (Schieflauf, Abwurf) und auch charakteristische Schadensbilder (ungleichmäßiger Verschleiß, Bandrisse...). Und die Notwendig- keit der kontinuierlichen Zustandsüberwachung ist ebenfalls gegeben – schließlich gibt es in den meisten Fällen kein Alterna- tiv- 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 definier- ten Bereich außermittig läuft, gibt der Schalter eine Warnmel- dung aus, und der Service ist gefragt. Verstärkt sich der Schieflauf, veranlasst der Schalter ein Abschalten des Bands.
Alternativ können einzelne (Antriebs-) Komponenten wie Getriebe-motoren 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. Ins- besondere 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 häufig 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 ei- nen Luftsog und reduziert damit die Staubentwicklung im Umfeld der Förderanlage, vor allem im Bereich der Übergabe, ganz drastisch.

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 Stauben- twicklung 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.
Beim PrimeTracker handelt es sich um eine Lenkrolle, die Band- schieflauf erkennt und selbsttätig ausgleicht. Schon geringer Schieflauf wird aufgrund ungleichmäßiger Kräfte, die dann auf die Rolle wirken, sofort erkannt. Der Zylinderkörper schwenkt darauf- hin selbsttätig so, dass das Band wieder zur Mitte zurückgelenkt wird. Das funktioniert gleichermaßen bei geringem und bei star- kem 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 ein- fache Installation, der geringe Wartungsaufwand sowie der Schutz der Gurtkanten bzw. des Förderbands.

Sensorik erfasst die aussagekräftigen Kennwerte

In diese Rolle, die sich dank ihrer kompakten Bauweise gut im Un- tertrum 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 kom- pakter 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

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 Betriebs- zustandserfassung bei Förderbändern
Damit schafft diese Weltpremiere die Voraussetzung dafür, im Sinne von Condition Monitoring und Predictive Maintenance kontinuierlich und umfassend den „Gesundheitszustand“ eines Gurt- förderbands zu erkennen und zu dokumentieren, mit dem Ziel, Unregelmäßigkeiten zu melden und schnellstmöglich zu beseitigen. Diese Transparenz im Hinblick auf Betriebsdaten und Unregelmä- ßigkeiten 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 inte- grieren. 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-Prime Tracker die erfassten Daten und dokumentiert sie. Auf der Basis dieser Daten kann der An- wender 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-Prime Trackers nachgewiesen – in verschiedenen Belastungssituationen von 75 bis 225 N sowie verschiede- nen 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 zeigte 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 mithilfe von Künstlicher Intelligenz (KI) verbessert werden. Aktuell sammelt man aber erst einmal Praxiserfahrungen mit der ersten Generation des E-PrimeTrackers.