Suchen

Sanftstarter Elektronik schont die Mechanik in Zentrifugen

| Autor / Redakteur: Dipl.-Ing. Jürgen Werning und Dipl.-Ing. Günter Reisch / Dr. Jörg Kempf

Bei der Herstellung von Kaliprodukten sorgen spezielle Zentrifugen für die Separation von flüssigen und festen Bestandteilen. Um die mit einem Direktstart verbundenen Belastungen zu minimieren, suchte der zuständige Elektrobetriebsingenieur nach Anlaufalternativen. Ein Sanftstarter senkt die Belastung von Elektrik und Mechanik in Zentrifugen.

Firmen zum Thema

Im Werk Sigmundshall der K+S Kali wird Hartsalz und Sylvinit abgebaut und über Separationsprozesse weiter verarbeitet. Die drei Siebschnecken-Dekantier-Zentrifugen im Bereich der Filterstation wurden mit Sanftstartern ausgerüstet.
Im Werk Sigmundshall der K+S Kali wird Hartsalz und Sylvinit abgebaut und über Separationsprozesse weiter verarbeitet. Die drei Siebschnecken-Dekantier-Zentrifugen im Bereich der Filterstation wurden mit Sanftstartern ausgerüstet.
( Bild: Siemens )

Der Rohstoff liegt in bis zu 1400 Metern Tiefe und die Aufarbeitung ist schwierig. Um die im Werk Sigmundshall vorhandenen Hartsalzlager des Salzstocks Bokeloh zu nutzen, ist neben robuster Mechanik auch sensible Elektronik nötig. Das Werk in Wunstorf-Bokeloh bei Hannover gehört zu der im Jahr 2002 aus dem Geschäftsbereich Kali und Magnesiumprodukte gegründeten, eigenständigen K+S Kali GmbH der K+S-Gruppe. Im Jahr 2001 wurde die neue Kieseritanlage in Betrieb genommen. Der Rohstoff wird zunächst über Grob- sowie Feinmahlanlagen vorverarbeitet. Anschließend folgen Trenn- und Auswaschungsprozesse, an deren Ende drei Siebschnecken-Dekantier-Zentrifugen stehen, die die Konzentrat-Suspension in Feststoff und Flüssigkeit trennen. Das Endprodukt, das sogenannte 60er Kali, wird in der Düngemittelherstellung verwendet.

In der Vergangenheit wurden die dort eingesetzten Drehstrom-Asynchronmotoren mit 160 kW Nennleistung direkt über ein 1000-A-Schütz gestartet. „Das hat vom Motor über den Keilriemenantrieb bis hin zur gesamten Mechanik für spür- und riechbare Extrembelastungen geführt“, erinnert sich Stephan Hink, Betriebsingenieur Elektrotechnik im Werk Sigmundshall.

Bildergalerie

Aus diesem Grund suchte der Betriebsingenieur nach einer neuen Lösung. Eine Frequenzumrichterlösung schied aus, da der Prozess keine Drehzahlregelung der Antriebsmaschine fordert. Ein weiterer Grund waren die Anschaffungskosten sowie die relativ hohe Verlustleistung von Frequenzumrichtern und die daraus resultierende zusätzliche Klimatisierung. Die Alternative eines Stern-Dreieck-Anlaufs war ebenfalls nicht angeraten: Das Massenträgheitsmoment der Zentrifugen ist so groß, dass bei der Umschaltung von Stern auf Dreieck große Momentstöße auftreten.

Heute fahren Sanftstarter vom Typ Sirius 3RW44 von Siemens die Siebschnecken-Dekantier-Zentrifugen in der Konzentrat-Entwässerung an. „Die Sanftstarterlösung war preislich interessant“, ergänzt Stephan Hink. Allein das Reduzieren der Motorspannung durch variablen Phasenanschnitt und die Möglichkeit der Strombegrenzung lassen aufgrund des daraus resultierenden kleineren Anlaufstromes erheblich kleinere Kabel zu. Außerdem besitzt der 3RW44 einen integrierten Motorüberlastschutz, und somit kann auf den Einbau eines Überlastrelais verzichtet werden.

Aufgrund des sanften Anlaufs, der sich individuell über Rampenfunktionen und Grenzwerte anpassen lässt, wird der sonst messbare Anlaufstrom in der Höhe des acht- bis zehnfachen Nennstroms erheblich reduziert. „Heute gibt es keine Drehmomentstöße mehr, die die Maschine zusätzlich mechanisch belasten. Die Zuleitungen, das speisende Netz sowie die dem Motor vorgeschalteten elektrischen Betriebsmittel werden so weit als möglich geschont“, resümiert Stephan Hink.

Mehrere Parametersätze stehen zur Auswahl

Wie positiv sich das neue Konzept im Alltag auswirkt, ist daran zu erkennen, dass die Zentrifugen mindestens einmal pro Schicht, also alle acht Stunden, für Reinigungsaufgaben stillgesetzt werden müssen. Dabei werden die verkrusteten Salzrückstände während des fünfzehnminütigen freien Auslaufs mit Spülwasser ausgewaschen. Die Sanftstarter 3RW44 bieten die Möglichkeit, eine Schleichdrehzahl zu parametrieren, die dann manuell per Knopfdruck über die Steuerung angewählt werden kann. „Diese Funktion würde sich für den Auswaschvorgang ideal eignen“, bestätigt Stephan Hink und fährt fort: „Bei einer Drehzahl von etwa 100 Umdrehungen pro Minute lässt sich eine Reinigung am effizientesten durchführen.“ Im Spülbetrieb genügt es, wenn die Zentrifuge bis zu dieser Drehzahl austrudelt und dann bis zum Ende des Reinigungsvorgangs dabei gehalten wird. Damit käme es zu keinem planmäßigen Stillstand mehr, und die Maschinen würden noch stärker geschont. Die Nutzung dieser Option wird derzeit geprüft und kann sicherlich bald umgesetzt werden.

Ein weiterer Vorteil unterschiedlicher Parametersätze für den Anlauf zeigt sich in anderen Anwendungsfällen, beispielsweise wenn aufgrund einer Störung die Arbeitsmaschine im beladenen Zustand zum Stillstand kommt. Für die Bewältigung des dann um ein Vielfaches höheren Anlaufmoments bietet sich diese Option ebenfalls an. Im Werk Sigmundshall wird diese Option nicht angewendet, da bei einem außerplanmäßigen Stillstand der Einsatz von Wasser generell erforderlich ist. Die Siebschnecken-Dekantier-Zentrifugen laufen immer ausgewaschen, d.h. ohne Produkt an.

Elektrische Finessen für besondere Situationen

Der profibusfähige Sanftstarter-Typ 3RW44 bietet zudem die Möglichkeit der Wurzel-3-Schaltung. Dadurch, dass die Phasen des Sanftstarters dabei in Reihe mit den einzelnen Motorwicklungen geschaltet werden, muss der Sanftstarter nur noch den Strangstrom, also 58 Prozent des Motornennstroms, führen. Ein weiterer Vorteil der Sirius-Sanftstarter ist das integrierte Überbrückungskontaktsystem, wodurch auch auf ein zusätzliches Bypass-Schütz verzichtet werden kann. Wenn der Motor seine Bemessungsdrehzahl erreicht hat, werden automatisch die integrierten Bypasskontakte geschlossen und damit die Thyristoren überbrückt. Auf diese Weise reduzieren sich die Verlustleistung des Sanftstarters und die damit verbundene freigesetzte Abwärme erheblich. „Das spüren wir sehr deutlich, da nun keine zusätzliche Schaltschrankklimatisierung mehr notwendig ist. Aufgrund der kompakten Geräteausführung war der verfügbare Platz in der Schaltanlage mehr als ausreichend“, versichert Stephan Hink.

Fazit: Die neue, moderne Antriebslösung für die Siebschnecken-Dekantier-Zentrifugen über diese Sanftstarter erwies sich von Anfang an als äußerst praktikabel. Die Schwingneigung der Zentrifugen sowie die starken Belastungen für Elektrik und Mechanik beim Anlauf gehören der Vergangenheit an. „Damit verlängern wir die Servicezyklen und steigern somit die Verfügbarkeit unserer Anlagen“, begründet Stephan Hink.

Der schonende Umgang mit der gesamten Anlage ist auch deshalb von wesentlicher Bedeutung, weil die Siebschnecken-Dekantier-Zentrifugen den Flaschenhals der Hartsalzverarbeitung darstellen. 35 Kubikmeter Flotationskonzentrat werden pro Stunde und Zentrifuge durchgespült, um den kontinuierlichen Abbau Untertage auch wirklich weiterverarbeiten zu können. Steht eine Maschine, müssen die anderen beiden im Prozess über eine entsprechende Leistungssteigerung deren Durchsatz mit übernehmen. Zu starken Belastungsschwankungen kommt es auch, weil das Gut in den Zentrifugen selten homogen ist. In solchen Situationen überzeugte der Sanftstarter erneut, da er selbst bei großen Belastungen im Hauptstromkreis stabil läuft.

Die Autoren sind Mitarbeiter der Siemens AG Industrie Automation, Laatzen.

(ID:254519)