Mehr Produktionszeit durch Wegfall der Batteriewechsel

Individuell ausgelegter Generator sorgt für autarke Energieversorgung der Krantraverse

 

In Kürze

  • Ziel: Realisierung einer autarken Hilfsspannungsversorgung für den beweglichen Teil einer Krananlage zur Versorgung von Sensoren und einer Funkanlage.
  • Umsetzung: Nutzung der Drehbewegung der Seilrollen über Anbindung eines Generators und Ladereglers zum Nachladen der vorhandenen Batterie.
  • Ergebnis: Höhere Anlagenverfügbarkeit und Produktivität durch Wegfall von Batteriewechsel und höhere Betriebssicherheit durch sichere Spannungsversorgung.
Krantraverse mit Lamellenhaken zur Aufnahme der RoheisenpfanneKrantraverse mit Lamellenhaken zur Aufnahme der Roheisenpfanne  
Die Drehbewegung der Seilrollen wird über eine Rolle auf den Generator übertragen und in Energie umgewandelt.Die Drehbewegung der Seilrollen wird über eine Rolle auf den Generator übertragen und in Energie umgewandelt.  
Systemschaubild der autarken Energieversorgung für die KrantraverseSystemschaubild der autarken Energieversorgung für die Krantraverse  
 

Im Stahlwerk wird verfahrenstechnisch durch Zugabe von Sauerstoff dem Roheisen Kohlenstoff entzogen und damit das Rohmaterial zu Stahl verarbeitet. Ein Mischerwagen füllt das im Hochofen erzeugte Roheisen in Roheisenpfannen um. Krane mit einer Tragkraft von mehreren hundert Tonnen transportieren die Pfannen in eine Roheisenentschwefelungsanlage, wo der Schwefelgehalt für die Weiterverarbeitung reduziert wird. Die Aufnahme der Roheisenpfanne erfolgt mittels großer Lamellenhaken, die über eine Krantraverse miteinander verbunden sind.

Zur Überwachung der korrekten Aufnahme der Roheisenpfanne sind in den Lamellenhaken spezielle Sicherheitssensoren eingebaut. Die Sensoren sowie eine Funkanlage zur Übertragung der Sensorsignale befinden sich auf dem Fahrwerk der Krananlage und müssen mit einer 12-V-DC-Spannung versorgt werden. Eine Spannungsversorgung über eine mitgeführte Schleppleitung ist nicht möglich, da die Temperatur des Roheisens in diesem Bereich bei etwa 1300 Grad Celsius liegt. Daher wird die Spannung über eine 12-V-Batterie zugeführt, die sich ebenfalls auf dem Fahrwerk der Krananlage befindet. Um Ausfälle und Stillstandszeiten durch Batteriewechsel zu vermeiden, wird die Batterie mit einem Hübner-Generator nachgeladen. Als Spezialist für individuelle Energie- und Antriebssysteme hat die Johannes Hübner Fabrik elektrischer Maschinen GmbH eine autarke Hilfsspannungsversorgung für solch ein mobiles System in einem Stahlwerk realisiert. Hierfür lieferte das Unternehmen eine auf die Anwendung zugeschnittene Generator-Lösung mit dazugehörendem Laderegler.

Vor allem die extrem hohen Temperaturen und rauen Umgebungsbedingungen in Stahlwerken spielen eine große Rolle, wenn es um die Anforderungen an die eingesetzten Energie- und Antriebssysteme geht. Alle Komponenten müssen so aufeinander abgestimmt sein, dass ein reibungsloser Ablauf und ein Zusammenspiel der Elektrik auch bei extremen Bedingungen gewährleistet sind. Jede zusätzliche Wartung oder Installation erschwert den Betrieb und führt auch unweigerlich zu Verzögerungen der Produktionszeiten. Für den Einsatz elektrischer Systeme bedeutet das daher insbesondere, dass sie wartungsfrei arbeiten und langlebig sein müssen.

Die von Johannes Hübner Giessen entwickelte Gesamtlösung für die Krantraverse ist dafür verantwortlich, dass eine 12-V-Batterie mit einer Gleichspannung versorgt wird. „Bei Hilfsspannungsversorgungen für bewegliche Teile ist in der Regel eine externe Spannungsquelle notwendig. Das beeinträchtigt oft den Betrieb, wenn diese gewartet oder ausgetauscht werden muss“, erklärt Maik Will, Projektingenieur Energie- und Antriebssysteme bei Hübner Giessen. Die anfangs eingesetzte Batterie-Lösung ohne integrierte Nachladevorrichtung auf der Krantraverse führte ebenfalls nicht zum gewünschten Ablauf. Vor der Modernisierung durch Hübner Giessen musste die Batterie alle zwei Wochen – sobald die Spannung unter 12,2 V fiel – ausgetauscht und aufgeladen werden. Dies verursachte nicht nur Stillstandszeiten, sondern band auch Personal und kostete auf Dauer wertvolle Produktionszeit. Ein abrupter Ausfall der Sensoren und der Funkanlage durch Unterspannung stellt zudem ein erhebliches Sicherheitsrisiko dar.

Drehbewegung für konstante Spannungsversorgung

Der permanenterregte Drehstrom-Synchrongenerator, der jetzt die Batterie über einen Laderegler mit Spannung versorgt, nutzt die Drehbewegung der Seilrollen auf der Krantraverse als Energiequelle. Über diese Drehbewegung wird eine auf dem Generator montierte Rolle angetrieben. Bei der Ausführung einer Hubbewegung des Krans wird der Generator über ein Getriebe in Gang gesetzt. Die 20 bis 25 Umdrehungen pro Minute, die die Rolle erzeugt, kommen beim Generator nach der Übersetzung als 350 Umdrehungen pro Minute an. Mit dieser höheren Drehzahl kann er eine höhere Spannung ausgeben, die wiederum der Laderegler benötigt, um die Batterie zu laden. Die Drehstromspannung des Generators wandelt der Regler um und gibt sie als Gleichspannung an die Batterie weiter. 


Individuelle Generator-Lösung

Die Anwender im Stahlwerk müssen die Batterie nicht mehr auswechseln bzw. extern laden. Dadurch können sie die Anlage nun noch besser bedienen und sind nur mit einem minimalen Wartungsaufwand für die Batterie wie auch weniger Stillstandszeiten konfrontiert. Die Kugellager des Generators sind lebensdauergeschmiert, ebenso gibt es keine Kohlebürsten und damit keine Verschleißteile. Als Experte für individuelle Produkte muss Hübner Giessen seine Geräte stets aufeinander abstimmen. Bei dieser Anwendung lag für den Hersteller die Herausforderung jedoch vor allem darin, die Eingangsdrehzahl der Rolle mit dem Drehstrom-Synchrongenerator so abzustimmen, dass er eine geeignete Spannung an den Laderegler und damit auch die Batterie weitergeben kann. Es sei sehr wichtig, keine zu hohe Spannung in den Regler zu geben, betont Maik Will. Das bedeutet, dass die Wicklung des Generators bei 350 Umdrehungen so ausgelegt sein muss, dass die Spannung, die dem Laderegler zugeführt wird, unterhalb seiner Maximalgrenze an Wechselstrom von 160 V verbleibt. Durch die wicklungstechnische Anpassung des Generators bleibt die Spannung stets unter diesem Wert und erreicht maximal 70 V bei maximaler Generatordrehzahl von 350 Umdrehungen in der Minute. Nicht nur die technischen Eigenschaften des Generators mussten mit der Anwendung übereinstimmen. Das Batteriemanagement ist so auf die Anwendung angepasst, dass z. B. der Ladestrom sich verringert bzw. unterbrochen wird, sobald die Batterie geladen ist. Zudem gewährleistete Hübner Giessen einen Überspannungsschutz. Die hohe Umgebungstemperatur, die beim Beschicken der Roheisenentschwefelungsanlage weit über 100 Grad Celsius erreichen kann, galt es für den Einbau des Generators ebenfalls zu beachten. 


Zuverlässiger Partner für Kunden

„Da wir bereits eine gute Zusammenarbeit bei einer anderen Anwendung vorweisen konnten, haben sich die Betreiber des Stahlwerks mit ihrer Problematik an uns gewandt“, erzählt Maik Will. „Bei einem Vor-Ort-Termin haben wir alle Daten aufgenommen und die Lage und Erreichbarkeit der Funksendestation, Batterie und Rolle bemessen.“ Nach dem Einbau und erfolgreichem Testbetrieb der Prototypen lieferte Hübner Giessen noch die gleiche Kombination aus permanenterregtem Drehstrom-Synchrongenerator und Laderegler für weitere Krantraversen im Stahlwerk.