Antrieb Recyclinganlage mit 3000-kW-Schreddermotor modernisiert

Ein Recyclingunternehmen hat gemeinsam mit EMZ den Antrieb einer Schredderanlage modernisiert. Der Spezialmotor treibt jetzt mit einer Leistung von 3000 kW einen 40-Tonnen-schweren Rotor an.

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Das Metallrecycling zählt in Europa zu den wichtigsten Rohstoffquellen. Hier sind es vor allem Schredderanlagen auf Schrottplätzen, die ganze Autos, weiße Ware oder Metallprofile zerkleinern und für die weitere Aufarbeitung vorbereiten. Typische Verarbeitungsschritte sind dabei Pressen, Schneiden und das Zerkleinern in Schredderanlagen mit Anschlussleistungen im Megawattbereich.

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„Das Wirkprinzip entspricht einer rotierenden Hammermühle, auf deren Zylinder bewegliche Hämmer entlang einer Achse montiert sind“, erklärt Benedikt Mathiaszyk, Geschäftsführer bei der Elektro-Maschinen-Zentrale GmbH. Dreht sich der Rotor, fahren die Hämmer durch die Fliehkraft nach außen und zerschlagen den von den Vorschubwalzen zugeführten Metallschrott in kleine Stücke.

Die Belastungen sind so hoch, dass die Hämmer - trotz Fertigung aus einer Speziallegierung - pro Seite nur Standzeiten von zwei Tagen erreichen. Nach vier Tagen sind die Hämmer mit einem Stückgewicht von rund 135 kg also komplett zu tauschen. „Dabei verarbeiten sie allerdings einige Tausend Tonnen Schrott.“

Spezialmotor mit 3000 kW Leistung

Nach einer Modernisierung dieser Anlage wird der mehr als 40 t schwere Rotor des Schredders heute von einem zehnpoligen EMZ-Schleifringläufermotor angetrieben. Dieser liefert am Decons-Recyclingstandort eine Nennleistung von 4000 PS - also knapp 3000 kW. Auslöser für den Umbau des Antriebs waren vor allem thermische Probleme beim Vorgängermotor. Der Antrieb war für die Schredderanlage zu klein dimensioniert, wurde zu heiß und musste immer wieder aufgrund der Überlast abkühlen. Die Folge: Drosselung der Produktion.

Besseres thermisches Verhalten mit neuem Motor

Der neue Motor aus der speziell für den Schreddereinsatz entwickelten EMZ-Baureihe ASD liefert heute mit knapp 3000 kW Nennleistung mehr Reserven. Die hohe Drehmoment-Volumen-Dichte ermöglichte es, den stärkeren Motor ohne kostspielige Umbauten auf dem Fundament des alten Antriebs zu montieren. Ähnlich einfach gestaltete sich die Kupplungsverbindung zwischen Motor- und Kardanwelle – zumindest was die vorhandenen Einbaumaße betraf.

Im Gegensatz dazu, war die Auslegung der mechanischen Kraftübertragung durch EMZ anspruchsvoller. Der Motor ist über eine Kardanwelle direkt mit dem Rotor gekuppelt. Diese Konstruktion ist notwendig, da der komplette Schredder flexibel auf kräftigen Stahlfedern lagert, während der Motor auf einem starren Betonfundament verankert ist. Berechnungen des Herstellers der Kardanwelle haben im Vorfeld der Umrüstung Drehmomentstöße bis 500 kNm zu Tage gefördert, die wiederum axiale Stoßbelastungen von bis zu 60 t verursachen können.

Robuste Konstruktion mit optimierter Welle

Die schnellen und harten Drehmomentstöße haben Auswirkungen auf den Hochspannungsmotor. Die gesamte Konstruktion ist rüttelfest bis zu maximalen Schwingwerten von 28 mm/s ausgelegt. Das Design des Gehäuses, der Welle, der elektrischen Aktivteile sowie der Kohlebürsten, Lager und Schleifringe musste EMZ deshalb verstärken und die gesamte Konstruktion robust machen.

Die Kennzahlen sind letztlich eingegangen in eine optimierte Wellenkonstruktion mit Ölpressverband statt Passfeder, die gerade bei den typischen Stoßbelastungen schnell ausschlägt und damit Spiel erzeugt. Beim Prinzip des Ölpressverbandes wird die Kupplungshälfte mit einer Presspassung auf dem Wellenende aufgeschrumpft und geht so eine kraftschlüssige Verbindung ein. „Dank der starken Haftreibung erhalten wir fast die Festigkeit einer geschweißten Verbindung“, meint der Geschäftsführer. Das Abziehen der Kupplungshälfte bei Wartungen beziehungsweise Reparaturen erfolgt dann über das Erzeugen eines Öldrucks durch eine Ölnut in der Welle.

Steuerung des Lastverhaltens

Eine weitere Maßnahme ist die Steuerung des Lastverhaltens. Der Antrieb in der Anlage des Recyclingunternehmens arbeitet mit einer festen Lastdrehzahl von 595 min^–1 bei einer Spannung von 5500 V und einer Frequenz von 50 Hz. Aufgrund der hohen Stoßmomente und der daraus resultierenden Stromspitzen stand EMZ vor der Aufgabe, die Lastströme zu begrenzen. Dabei setzt das Unternehmen auf Flüssigkeitsanlasser der Firma MKS. Das Unternehmen aus Jülich war ebenfalls eng ins Projekt eingebunden.

Der Flüssigkeitsanlasser hat die Aufgabe, bei einem Laststoß die Drehzahl des Motors zielgerichtet zu reduzieren, wenn es die Hämmer mit härterem Schrott zu tun bekommen oder Schrottfraktionen mit unterschiedlicher Dichte ankommen. Steigt der Strom über einen Grenzwert an, vergrößert ein Servomotor die Kontaktabstände der Elektroden im Flüssigkeitsanlasser. Die Zunahme des ohmschen Widerstands im Rotorkreis führt zu einer kontrollierten Drehzahlabnahme des Motors mit dem verbundenen Schredderrotor. Dadurch kann die kinetische Energie des rotierenden Systems zum Ausgleich des Laststoßes genutzt werden.

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Dieser Aufbau gleicht Netzrückwirkungen aus und harmonisiert die Stromaufnahme bei wechselnden Lasten. Vor diesem Hintergrund nutzt EMZ den Flüssigkeitsanlasser von MKS gleich als Steuerung für die Vorschubwalze. Wird der Nennstromwert des Motors erreicht, stoppt die Walze, nimmt er wieder ab, wird wieder Material gefördert.

Produktion um die Hälfte gesteigert

Der Aufbau funktioniert in der Praxis so gut, dass der Recyclingbetrieb nach der Modernisierung die vor- und nachgelagerten Logistikabläufe anpassen musste. Der Betreiber spricht in Abhängigkeit der Materialien von Produktivitätssteigerungen von bis zu 50 %, ohne dass der Motor an seine thermischen Grenzen gerät. Der höhere Output wirkt sich zudem auf die Qualität des Schreddermaterials aus. Steffen Kollack, technischer Leiter der Firma Decons SAS, ist mit der Performance des neuen Schreddermotors zufrieden: „Wir führen schneller das Material zu, steigern damit das Volumen im Schredder und erhalten so feinere Körnungen und bessere Qualitäten, weil sich die Metallstücke gegenseitig abarbeiten können. Wenn wir früher bei einer vollen Radlader Schaufel mit einem Gewicht von 6 t rechnen konnten, dann müssen wir heute durch die höhere Schüttdichte mit einem Gewicht von 8 t kalkulieren.“

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* Freier Autor, spezialisiert auf Automatisierungs- und Antriebstechnik.

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