Quod licet jovi non licet bovi – Was für Jupiter gut ist, ist nicht zwingend für den Ochsen gut. Schon die Römer wussten, dass es von Vorteil sein kann, zwei Dinge nicht gleich zu behandeln. Auf den Antrieb von Maschinen und Anlagen in einer Mühle übertragen heisst das: Was sich als Antriebstechnologie für einen Walzenstuhl eignet, muss nicht zwingend auch für den Plansichter die beste Lösung sein.  

Vorteile des Direktantriebes

Der Elektromotor spielt in der Getreidemüllerei eine zentrale Rolle. Von der Rohstoffannahme bis zum Abpacken der Endprodukte kommt dieser Motorentyp in den diversen Ausführungen mit verschiedensten Übertrieben zum Einsatz. In den letzten zehn Jahren haben die führenden Mühlenbauer bei ihren Maschinen den klassischen Asynchronmotor mit Riemenübertrieb sukzessiv durch Direktantriebe oder Getriebemotoren ersetzt. So werden heute beim Antrieb von Kleieschleudern, Prallmaschinen oder modernen Walzenstühlen mehrheitlich diese neuen Antriebssysteme verbaut. Diese Lösungen können in drei Kategorien eingeteilt werden.

Asynchronmotor mit Getriebe

Das mechanische Getriebe weist im Vergleich zum Riemenübertrieb eine etwas höhere Effizienz von circa 98 Prozent auf, zeigt sich wartungsfreundlich und ist im Preis mit einem Riemenübertrieb vergleichbar. Allerdings stehen der hohen Effizienz des Getriebes Einschränkungen bei der Konstruktion der Maschine gegenüber. Zudem ist die Zulassung bezüglich Explosionsschutz bei Getrieben mit hoher Leistung und tiefer Drehzahl herausfordernd.

Direktantrieb mit Asynchronmotor

Der Asynchronmotor mit Direktantrieb weist im Übertrieb keinen Leistungsverlust auf, weil die Kraft direkt auf die Maschine übertragen wird. Zum Einsatz kommen zumeist Standardmotoren, die weltweit erhältlich sind, effizient und wartungsarm arbeiten sowie durch eine hohe Lebensdauer und einen tiefen Verschleiss überzeugen.

Bei der Auslegung muss die nominale Drehzahl des Motors beachtet werden. Sollte die benötigte Maschinendrehzahl ausserhalb der nominalen Drehzahl liegen, muss ein Frequenzumformer eingesetzt werden. Zusätzlich müssen für tiefere Drehzahlen grössere Motoren gewählt werden. Dies gilt für den Einsatz mit Frequenzumformer sowie für Motoren mit tiefen nominalen Drehzahlen.

Direktantrieb mit Synchronmotor

Der Synchronmotor mit Direktantrieb besitzt einige Vorteile gegenüber dem Asynchronmotor. Er arbeitet nochmals effizienter und ist bei gleicher Leistung wesentlich leichter. Zudem ist er in diversen Bauformen erhältlich und kann somit konstruktiv einfacher integriert werden. Nachteilig ist die für den Einsatz zwingend notwendige Leistungselektronik und der hohe Preis. Synchronmotoren sind selten als herstellerübergreifendes Standardprodukt verfügbar. Daher ist die weltweite Verfügbarkeit nicht gewährleistet. Schliesslich sind auch die geforderten Zertifizierungen (z.B. ATEX) herausfordernd.

Plansichter: Asynchronmotor in der Poleposition

Das Prinzip des freischwingenden Plansichter wurde bereits 1895 in Deutschland entwickelt. Er besteht aus zwei Siebkästen mit einem mittig angelegten Schwunggewicht. Dank dieser Anordnung können Plansichter freischwingend aufgehängt werden. Obwohl schon seit vielen Jahren verwendet, sind nach eingehender Analyse des gesamten Systems die Entwickler von Bühler überzeugt, dass für den klassischen Plansichter der Asynchronmotor mit Riemenübertrieb noch immer die beste Wahl ist.

Der Vorgang und die notwendigen Kräfte, um den Plansichter in Schwung zu bringen und dann in Schwung zu halten, ist mit der Reise eines Flugzeuges vergleichbar. Für den Start des Flugzeugs muss eine enorme Energie verfügbar sein. Hat das Flugzeug jedoch einmal die Flughöhe erreicht, wechselt es in einen möglichst effizienten Betrieb. Sehr ähnlich verhält sich das bei einem Plansichter. Innert kürzester Zeit muss der Sichter die Nenndrehzahl erreicht haben, ansonsten besteht die Gefahr, dass er sich in einer tiefen Resonanz hochschaukelt. Ein Plansichter benötigt also «beim Start» ein sehr hohes Drehmoment. Im «Flug», also im Dauerlauf verbraucht er hingegen als «Freischwinger» sehr wenig Energie da er nie abgebremst und beschleunigt wird. Auch der Kräfteverlust durch Übertragung an das Mühlengebäude ist vernachlässigbar, da der Plansichter frei pendelnd aufgehängt ist. Bis zum Erreichen seiner nominalen Drehzahl liefert ein Asynchronmotor ein bis zu dreimal höherem Drehmoment als im Dauerlauf. Somit ist dieser Motortyp für «Start und Flug» des Plansichters prädestiniert.

Plansichter: Riemenübertrieb als beste Lösung

Doch wie wird die Kraft ideal auf den Sichter übertragen? Wie ausführliche Tests gezeigt haben, ist der Riemenantrieb für die Verbindung zwischen Motor und Sichter die optimale Wahl. Auch wenn die Kraftübertragung per Riemen eine leicht reduzierte Energieeffizienz aufweist, zeigen sich doch verschiedene Vorteile zum Direktantrieb. Sie ergeben sich aus der gewünschten Anwendung sowie unproblematische Lieferketten für Ersatzteile und dem notwendigen Unterhalt. Riemen sind einfache, standardisierte Bauteile, die weltweit in hoher Qualität verfügbar sind. Der Riemenübertrieb erlaubt eine hohe Übersetzung, was den Einsatz von kleineren und somit günstigen Motoren ermöglicht. Dementsprechend kann auch die elektrische Installation in der Anlage vereinfacht werden. Die Wartung ist sehr einfach und kann durch geschultes Personal problemlos sichergestellt werden. Vorteile hat der Riemenübertrieb auch bezüglich Konstruktion des Plansichters. Der Riemen erlaubt konstruktiv einen gewissen Abstand zwischen Motor Schwungmasse. Somit kann der Motor dort eingebaut werden, wo er keinen wertvollen Platz «verbraucht».

Plansichter: Energieverbrauch zweitrangig

Die stetig steigenden Energiekosten stellen in der modernen Müllerei eine Herausforderung dar. Dabei fokussiert sich die Diskussionen auf einen möglichst tiefen Energieverbrauch. Diese Diskussion ist absolut wichtig. Aber genauso wichtig ist die Gesamtsicht auf den Energiehaushalt einer Getreidemühle.

In welchem Produktionsschritt wird die höchste Gesamtleistung benötigt? Sicher nicht bei der Sichtung. Ein Plansichter verbraucht je nach Auslegung 20-30 mal weniger Energie als die dazugehörigen Walzenstühle. Im Alltagsvergleich: ein Plansichterabteil verbraucht weniger Energie als ein Staubsauger auf mittlerer Stufe. Der dazugehörige Walzenstuhl verbraucht gleichzeitig etwa so viel wie 20 Staubsauger auf hoher Stufe.

Dieses Beispiel verdeutlicht, warum beim Gross-Plansichter die Vorteile des Asynchronmotor mit Riemenübertrieb den Nachteil der leicht reduzierten Effizienz bei weitem übertreffen. Selbstredend werden beim Antrieb der Plansichter dennoch alle Möglichkeiten genutzt, den Energieverbrauch zusätzlich zu senken. Zum Beispiel durch den Einsatz von Asynchronmotoren mit höherer Effizienzklasse.

Fazit

Bühler hat bei verschiedenen Maschinen in der Getreideverarbeitung bei der Wahl der Antriebssysteme auf den Direktantrieb oder auf Getriebemotoren gewechselt. Beim Gross-Plansichter, wie dem Sirius MPAK oder dem Arenit MPAV, kommt hingegen seit Jahrzehnten ein Asynchronmotor mit Riemenübertrag zum Einsatz, auch wenn ein Direktantrieb mit Synchronmotor inklusive Leistungselektronik möglich wäre.

Die Vorteile eines Asynchronmotor mit Riemenübertrieb liegen auf der Hand und sind bestechend:  

- Anbieterunabhängige Lösung

- Technisch sehr robustes System

- Sehr hohe Energieeffizienz

- Unproblematische, schnelle und weltweite Verfügbarkeit

- kostengünstige Beschaffung von Bauteilen

- günstige Lagerhaltung und einfache Wartung

Ausblick

Der Plansichter gehört zu den wichtigsten Prozessmaschinen einer Getreidemühle. Ein Ausfall kann sehr schnell zum Stillstand der gesamten Mehlproduktion führen. Als Ergänzung zur regelmässigen Wartung arbeitet Bühler an Lösungen mit modernster Sensorik, welche einen allfälligen Ausfall des Motors, ein überhitztes Lager, schwankende Belastungen von Siebabteilen oder eine falsche Riemenspannung frühzeitig melden. Im Gegensatz zu den heutigen Lösungen garantiert diese «kontinuierliche Überwachung» eine frühzeitige Meldung an die für den Unterhalt verantwortlichen Stellen. Und zwar bereits einige Zeit vor einem allfälligen Ausfall. Der Austausch von Komponenten kann somit geplant durchgeführt werden, ohne einen ungeplanten Stillstand zu riskieren.