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Antriebstechnik Schnell zum Wiederanlauf – Antriebstechnik für die Zementproduktion

Autor / Redakteur: Gunthart Mau / Dr. Jörg Kempf

Bei der Wartung eines Drehrohrofens für die Zementproduktion musste der Hauptantrieb kurzfristig getauscht werden. Bis zum Wiederanlauf der gewaltigen Anlage blieben nur 14 Tage Zeit. SEW-Eurodrive konnte als einziger Anbieter innerhalb dieser kurzen Zeit einen 250-kW-Antrieb liefern.

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Der Drehrohrofen hat einen Durchmesser von 4 m und ist 53 m lang. In seinem Inneren laufen chemische Reaktionen bei etwa 1.450 °C ab. (Bild: SEW)
Der Drehrohrofen hat einen Durchmesser von 4 m und ist 53 m lang. In seinem Inneren laufen chemische Reaktionen bei etwa 1.450 °C ab. (Bild: SEW)

Es ist heiß, dreckig und staubig. Der Einsatzort – die Zementproduktion in Leimen – ist für den Drehstromantrieb alles andere als gemütlich. Doch nicht nur die äußeren Gegebenheiten waren für den neuen Antrieb hart, es musste auch schnell gehandelt werden. Nur so war ein reibungsloser Wiederanlauf der Zementproduktion von HeidelbergCement möglich. Das 1874 als Portland-Cement-Werk Heidelberg gegründete Unternehmen ist heute Weltmarktführer im Zuschlagstoffbereich und nimmt mit seinen 53 000 Mitarbeitern in über 40 Ländern führende Positionen bei Zement und Beton ein. In Deutschland beschäftigt der Konzern etwa 4100 Mitarbeiter, davon allein ca. 1000 in der Metropolregion Rhein-Neckar.

Das Ausgangsmaterial für die Zementproduktion – hochwertiger Kalkstein – wird in einem Steinbruch der Nachbargemeinde Nußloch gewonnen. Von dort aus wird das Rohmaterial mit einer Materialseilbahn in Loren über etwa 5 km nach Leimen transportiert. Diese Anlage verbindet den firmeneigenen Kalksteinbruch mit dem Zementwerk in Leimen; sie erwies sich als sehr umweltfreundliches Transportmittel. Das Zugseil der Umlaufseilbahn ist fast 12 km lang und wiegt etwa 20 Tonnen. „Am Tag befördert die Seilbahn in zwei Schichten etwa 2000 Tonnen Material ins Werk“, erläutert Bernd Haas, Elektromeister und Vorarbeiter der Elektrowerkstatt. Er präzisiert: „In jeder Schicht!“ Weitere Zusatzstoffe werden per Lkw oder Bahn angeliefert. Dann kommt das Rohmaterial in ein Mischbettsilo mit einem Fassungsvermögen von 18 000 t. Von hier wird es abgezogen, in der Rohmühle zu Rohmehl zerkleinert und anschließend in drei Rohmehlsilos eingelagert.

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Verfahrenstechnischer Prozess

Bei der weiteren Verarbeitung fällt das Rohmehl auf zwei schräg angeordnete, rotierende Granulierteller. Hier wird es über eine Tropfanlage mit Wasser versetzt und infolge der Drehbewegung zu murmelgroßen Kügelchen geformt, den sogenannten Granalien. Sie durchlaufen einen 28 m langen Rostvorwärmer. Er besteht aus einer 10 m langen, etwa 250 bis 300 °C warmen Trockenkammer sowie einer Heißkammer, in der ständig 900 bis 1100 °C herrschen. Dann gelangt das Material in den Drehrohrofen.

Das annähernd waagerecht, aber leicht abschüssig liegende Drehrohr hat einen Durchmesser von 4 m und ist 53 m lang. Es liegt auf drei Laufringen auf, die auch in axialer Richtung Bewegung im Zentimeterbereich zulassen. Denn infolge der großen Hitze dehnt sich das Rohr aus und der Ofen wandert. Das Drehrohr ist innen feuerfest mit einer 200 mm hohen Schicht Schamottsteinen ausgekleidet. Allein dieses Feuerfestmaterial, das im Drehrohr vermauert ist, wiegt ca. 375 Tonnen. Bei einer Flammentemperatur von etwa 1450 °C erfolgt die Teilschmelze. Diesen Vorgang nennt man Sinterung. Hierbei laufen chemische Reaktionen ab, in deren Ergebnis Zementklinker entsteht. Dieser – kurz Klinker genannte – Bestandteil ist für die Aushärtung des Zements bei Zugabe von Wasser zuständig. Die Tagesproduktionskapazität des Ofens liegt bei 800 bis 850 Tonnen.

Am Schluss fällt das Material in den Klinkerkühler. Hier wird es auf etwa 100 °C abgekühlt, wobei die eingeblasene Luft schon auf ca. 1000 °C vorgeheizt wird. Die für die Ofenanlage in Leimen eingesetzten Brennstoffe werden unter Berücksichtigung der Wirtschaftlichkeit, der Qualität und des Umweltschutzes zusammengestellt. Neben Mischkohle werden bis zu 60 Prozent sekundäre Brennstoffe eingesetzt. Der fertige Klinker wird in Silos zwischengelagert und gelangt von dort aus in Zementmühlen. Hier werden unterschiedliche Zusatzstoffe ergänzt, die die Feinheit und Festigkeit der gewünschten Zementsorten beeinflussen.

Erneuerung der Antriebstechnik

Die in Dessau gegründete G. Polysius Eisengießerei und Maschinenfabrik baute 1904 den ersten Drehofen. Ab 1927 reduzierte das von Dr. Georg Lellep und Polysius entwickelte Lepol-Verfahren den Brennstoffverbrauch bei der Zementherstellung um ein Drittel. In Leimen betreibt HeidelbergCement zwei Lepol-Drehrohröfen von Polysius, heute ein Unternehmen von ThyssenKrupp Technologies. Sie versehen schon seit Jahrzehnten ihren Dienst und wurden bislang durch Gleichstrommotoren angetrieben. Etwa in der Mitte jedes Drehrohrofens sitzt der Motor. Über ein Großgetriebe treibt er einen Zahnkranz an, der auf dem Umfang des Drehrohrs sitzt. Die entscheidende Kenngröße des Ofenantriebs ist das Drehmoment, das der Motor aufbringen muss.

An einem Drehrohrofen herrschen raue Umgebungsbedingungen: Er strahlt große Hitze ab, und prozessbedingt fällt auch viel Staub an. Unter diesen Umständen gestaltet sich die Instandhaltung von Gleichstrommotoren sehr aufwändig, sie sind nämlich nicht vollständig geschlossen. Zudem erfordern Kohlebürsten, Kommutator und Fremdlüfter eine regelmäßige Wartung. Planmäßige Wartungsarbeiten an den Drehrohröfen und Zementmühlen finden generell in den Wintermonaten statt.

Während der jährlichen Wartung des (kleineren) Lepol-Ofens 2 zeigte sich die Notwendigkeit eines sehr kurzfristigen Umbaus der Antriebstechnik. Das Team der Elektroabteilung entschied sich nach einer sorgfältigen Kosten-Nutzen-Abwägung, auf einen Drehstromantrieb umsteigen.

Elektromeister Bernd Haas erläutert: „Anders als beim Gleichstrommotor haben wir beim vollständig gekapselten, eigenbelüfteten Drehstrommotor praktisch keinen Wartungsaufwand mehr.“ Neben diesen Vorteilen sollte auch die Lagerhaltung vereinfacht werden.

Kurzfristige Lieferbereitschaft

Weil bis zum Wiederanlauf der Anlage lediglich 14 Tage zur Verfügung standen für die Lieferung von Motor, Frequenzumrichter, Kabel und Schaltschrank (einschließlich der Neuverkabelung und Anpassung des Steuerprogramms), musste schnell gehandelt werden. Drehstrommotoren sind genormt. Das bedeutet eine Vereinfachung für den Kunden, kann er doch aus dem Lieferprogramm mehrerer Antriebshersteller auswählen. „Aber SEW-Eurodrive war die einzige Firma, die innerhalb dieser kurzen Zeit die Antriebskomponenten liefern konnte“, erläutert Bernd Haas und lobt: „Das war superschnell.“ Er fährt fort: „Andere Anbieter haben mitunter ein Vierteljahr Lieferzeit für einen Umrichter dieser Größe.“ Doch nicht immer kann oder will ein Kunde so lange warten.

Abwicklung in fünf Tagen

Markus Rubey vom SEW-Kundenservice betreut die Firma HeidelbergCement schon seit etwa zehn Jahren. Auch bei diesem Projekt begleitet er den Kunden von der Anfrage über die Projektierung bis zum Produktionsbeginn. „14 Tage Zeitfenster für den Umbau bedeutet, dass wir etwa fünf Tage zur Verfügung hatten, um Motor und Umrichter zu liefern.“ Der SEW-Anwenderbetreuer kümmerte sich in dieser kurzen Zeit um die technische Klärung und stimmte mit der SEW-Motorenproduktion in Graben-Neudorf sowie der Elektronikfertigung in Bruchsal ab, wie schnell Motor und Umrichter geliefert werden können. Immerhin handelt es sich bei dem Ofenantrieb um einen 200-kW-Motor des Typs DRE, der durch einen Frequenzumrichter der Reihe Movidrive B in der Baugröße 7 mit 250 kW Nennleistung gespeist wird. Dieser Umrichter steht in einem separaten Schaltraum.

Komplette Umrichterfamilie

Die leistungsstärkste Baugröße des intelligenten Antriebsumrichters Movidrive B deckt den Bereich bis 250 kW ab. Von der Inbetriebnahme bis zum modularen Aufbau ist die Baugröße 7 voll in diese Produktfamilie integriert.

Sämtliche Optionskarten der Baureihe lassen sich uneingeschränkt nutzen, das heißt flexible Anbindung an eine Vielzahl von Bussystemen und einfachste Integration von Geberschnittstellen. Die bewährten, vorprogrammierten Steuerungsprogramme (Applikationsmodule) lassen sich ohne Einschränkung verwenden.

Die Baugröße 7 begünstigt durch ihre Konstruktion den Schaltschrankeinbau, eine separate Netzdrossel ist nicht erforderlich. Ein Brems-Chopper kann wahlweise in das Grundgerät integriert werden. Die EMV-Grenzwertklasse C3 (EN61800-3) wird ohne externe Netzfilter erfüllt. Diese Eigenschaften ersparen zusätzliche Investitionen und verringern gleichzeitig den Montageaufwand bei der Installation.

Zusammenfassung

Bei über 1400 °C Innentemperatur strahlt der Drehrohrofen auch mit seiner guten Isolierung immer noch reichlich Wärme ab. Unter diesen Bedingungen versieht die vollständig geschlossene Asynchronmaschine von SEW-Eurodrive ihren zuverlässigen Dienst. „Dieser Antrieb läuft vom ersten Tag an ohne Probleme“, resümiert Bernd Haas. Auch mit dem SEW-Service ist der Elektromeister sehr zufrieden. Ein Vorteil hierbei ist sicher der kurze Weg – zwischen Bruchsal und Leimen liegen keine 40 km.

Doch es nicht nur die räumliche Nähe zum Kunden. Bei SEW-Eurodrive ist der Service untrennbarer Bestandteil der Firmenphilosophie. Noch einmal Bernd Haas: „Wir haben so gute Erfahrungen mit SEW gemacht, dass wir das Unternehmen zu unseren Top-Lieferanten zählen.“ ●

* Der Autor ist Referent Fachpresse bei SEW-Eurodrive, Bruchsal.

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