Zerkleinerungsmaschine Blockaden lösen beim Steine klopfen

Redakteur: Karin Pfeiffer

Nicht von ungefähr gelten Backenbrecher bei Anlagenbauern als anspruchsvolle Applikation: Zu große Gesteinsbrocken führen ebenso wie Staub mit enormer Bewegungsenergie zu Blockaden und Gefahren fürs Bedienpersonal. Eine Antriebslösung von Technidrive und WEG hilft, Blockaden zu beseitigen.

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Felsbrocken, Getöse und viel Staub: Backenbrecher gelten unter Anlagenbauern als anspruchsvolle Applikation.
Felsbrocken, Getöse und viel Staub: Backenbrecher gelten unter Anlagenbauern als anspruchsvolle Applikation.
(Bild: WEG)

Wenn in Steinbrüchen oder im Bergbau, beim Recycling von Bauschutt oder auch in der chemischen Industrie harte und spröde Materialien erstmal grob vorzerkleinert werden müssen, dann kommen meist Backenbrecher in Spiel. Unter Anlagenbauern gelten sie als relativ anspruchsvolle Anwendung.

Brechen heißt das Verfahren, mit dem Felsgestein von oben eingefüllt und dann zwischen einer festen und einer beweglichen „Backe“ rüttelnd und mit Druck in nutzbare Größen zerlegt wird. Das Gestein wird gebrochen, bis es klein genug ist, um durch die Öffnung zu fallen und nicht als zu großer Brocken für Blockaden in der Anlage zu sorgen. Dafür muss zu großes Material vor der Verarbeitung entfernt und die Brecherbeschickung sorgfältig kontrolliert werden.

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Herausforderung: Materialblockaden beim Brechen

Trotzdem können Blockaden auftreten, etwa aufgrund der großen Masse des Schwungrads und der zyklischen Belastung, auch weil sich die Qualitäten der Aufgabematerialien unterscheiden. Hinzu kommen Herausforderungen für den sicheren Betrieb solcher Anlagen wie Staub, Lärm, Ganzkörpervibrationen und auch die Gefahr, von ausgestoßenen Objekten wie beispielsweise Gesteinsbrocken getroffen zu werden.

Etliche Möglichkeiten für Blockaden im Backenbrecher also. Um sie zu beseitigen, muss die Anlage aus Sicherheitsgründen komplett heruntergefahren werden. Und trotz dieser Vorsichtsmaßnahmen kann die enorme Bewegungsenergie, die bei der Blockadebeseitigung freigesetzt wird, eine erhebliche Gefahr für das Bedienungspersonal darstellen.

Technidrive hat ein automatisches und energieeffizientes System entwickelt, mit dem sich die Anlagenbediener nicht mehr einer Gefahr aussetzen müssen, um blockierendes Material von Hand aus dem Brecher zu entfernen. Die nordirischen Experten im Bereich Industrieantriebe und Vertriebspartner von WEG waren beauftragt worden, bei einem Kunden neue Elektromotoren in eine solche Backenbrecheranlage einzubauen – und hat die Anforderungen des Projekts übertroffen. Mit einer Kombination aus WEG-Lösungen hat Technidrive nicht nur den Wirkungsgrad und die Zuverlässigkeit der Motoren erhöht, sondern auch die Sicherheit der gesamten Brecheranlage. WEG lieferte bei dem Projekt energieeffiziente IE3-Motoren der Serie W22, einen Frequenzumrichter CFW11 als Steuerung und den Drehstromgenerator.

Antriebslösung verhindert Ausfallzeiten

Dazu hat das Projektteam zunächst Berechnungen zu Leistung, Drehmoment und Drehzahl angestellt, um eine geeignete Auswahl an Elektromotoren und Getrieben von WEG zu treffen. Weitere mechanische Berechnungen sollten sicherstellen, dass die Motorwelle des Hauptantriebes der hohen Radiallast standhält, die bei der Anwendung auftritt. Die Wahl fiel auf W22-Motoren von WEG aufgrund der hochwertigen Gussgehäuse, der Eignung für den Umrichterbetrieb und des isolierten Lagerschildes.

Ein wichtiges Systemelement ist die Motorsteuerung über einen Softstarter oder einen Frequenzumrichter, mit der beispielsweise Anlaufdrehzahl oder Anlaufdrehmoment gesteuert werden können. Hier kommt nun ein Frequenzumrichter CFW11 von WEG zum Einsatz, der auch über eine integrierte SPS verfügt. Dies bietet laut WEG einige Vorteile, etwa die DC Zwischenkreisdrossel zur Reduzierung von Netzoberwellen. Der Umrichter ist mit einem Ausgangsfilter ausgestattet, um eine sinusförmige Ausgangsspannung zu generieren, den Ausgangsstrom zu glätten und vor allem um elektrisch erzeugte Umrichtergeräusche zu dämpfen.

Elektrische Wechsel- und Rückwirkungen waren jedoch nicht die einzige Herausforderung. Blockaden bei Brechern können längere Ausfallzeiten nach sich ziehen und damit für Anwender ein echtes Problem darstellen. Als einer der Hauptvorteile dieses Projekts gelten die Kontrollmöglichkeiten mit einer von Technidrive entwickelte Software.

Brecher-Blockade beseitigen mit Frequenzumrichter

Diese Software ermöglicht eine spezielle Anlauffunktion für das Hochlaufen des Backenbrechers mit voller Brechkammer. Falls der Brecher mit voller Brechkammer gestoppt wird, kann der Frequenzumrichter in einen Modus zur Blockadebeseitigung fernaktiviert werden, wobei die Anlage sehr schnell im Vorwärts- oder Rückwärtsgang hochgefahren wird, in Abhängigkeit von der Position des Brechers. Er steuert weiterhin automatisch Richtung, Strom, Hochfahrzeiten, Zwischenkreisspannung, Drehmoment, Position und Drehzahl, bis das Aufgabematerial aus der Kammer geleert ist und der Brecher eine definierte Zeit lang leer gelaufen ist. Dank dieses innovativen Systems entfallen die gefährlichen und mühsamen Arbeiten, die das Bedienungspersonal jahrelang erledigen musste, wenn sie bei Blockaden von Backenbrechern das Material mit Steinbrechern oder Winden von Hand entfernten. „Die neu hinzugefügte Funktion zur Blockadebeseitigung nutzt den Hochlaufvorgang der Anwendung, wo häufig ein hoher Energieaufwand nötig ist, und stellt einen einzigartigen Nutzen für die Systemsicherheit dar“, erklärt David Strain, technischer Direktor bei Technidrive. „Bei der bereitgestellten Anlage können wir für den Hauptantriebsmotor und den Umrichter drei Jahre Gewährleistungsfrist geben und dafür sorgen, dass die drei Hauptelemente des Antriebssystems hinsichtlich Leistung und Zuverlässigkeit optimal zusammenarbeiten.“

Senken der Betriebstemperatur: Höhere Motorlebensdauer

Bei einem normalen Leerstart fährt der Frequenzumrichter den Brecher langsam hoch und begrenzt die Stromaufnahme aufgrund der großen Masse der Anwendung. Das hält nicht nur die Anforderungen an die Energieversorgung niedrig, damit die Anlage effizienter arbeitet, sondern reduziert auch die Belastungen der mechanischen Anlage. Dies kann über einen längeren Zeitraum Instandhaltungskosten sparen und die Lebensdauer der Anlage verlängern. Schätzungen zufolge führt eine Senkung der Betriebstemperatur um 10 °C in der Regel zu einer Verdopplung der Motorlebensdauer.

Auch der Drehstromgenerator (Synchrongenerator mit elektrischer Erregung) ist ein Kernelement des Systems. Nur mit ihm kann die Anlage effizient und zuverlässig arbeiten, heißt es bei WEG. Laut Internationaler Energieagentur (IEA) sind 16 % der Motorausfälle auf äußere Bedingungen wie Verunreinigungen zurückzuführen. Deshalb war die Anwendungseignung ein entscheidender Aspekt. Technidrive hat den Drehstromgenerator aus der G-Reihe von WEG ausgewählt. Er verfügt über einige Besonderheiten, wie etwa ein Staubfiltersystem. Deshalb lässt sich der Generator auch in einer staubigen Umgebung im Steinbruch einsetzen – ohne die Gefahr, dass Fremdkörper in das System eindringen. Der Drehstromgenerator verfügt zudem über einen automatischen Spannungsregler mit Digitaleingang für die Spannungsanpassung per Fernzugriff, eine standardmäßige I-PMG-Zusatzwicklung für die dynamische Reaktion auf Lastwechsel und ein kürzeres Gehäuse im Vergleich zu herkömmlichen Stromgeneratoren mit externer PMG-Box.

„Das Sortiment von WEG umfasst Spezialprodukte, die eigens für die Steinbrechindustrie entwickelt wurden“, sagt Johannes Schwenger, Leiter Produktmanagement Antriebssysteme Niederspannung und Mittelspannung Europa bei WEG. Potenzial für maßgeschneiderte schlüsselfertige Lösungen sieht hier auch Technidrive: „Das vollständige Antriebssystem wurde so ausgewählt, damit es den vielen Problemen gerecht wird, denen Anwendern von Backenbrechern begegnen“, erklärt der technische Direktor von Technidrive Strain. „Seit unserem ersten Backenbrecherprojekt haben sich viele andere Unternehmen im Bergbau für unsere Arbeit interessiert.“ (pf)

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