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Frequenzumrichter als Asphaltcowboy

Bild 1. Die Lemminkäinen Infra Oy, Finnlands größte Baufirma, baute in den Jahren 2008 bis 2009 im finnischen Tuusula eine hochmoderne Asphaltfabrik

Bild 2. Prinzipieller Ablauf der Asphaltproduktion an der insgesamt 53 Frequenzumrichter beteiligt sind

Bild 3. Der V1000-Frequenzumrichter verbessert durch seine kurze Reaktionszeit auf Last- und Drehzahländerung die Leistung einer Maschine

Bild 4. Die Frequenzumrichter mit Hochleistungs-Vektorregelung der Serie A1000 eignen sich auch für anspruchsvolle Anwendungen

In praktisch allen Produktionsanlagen sind ungeplante Stillstandszeiten nicht tolerierbar. Das gilt für den Bergbau und die Stahl- oder Zementproduktion ebenso wie für die Papierherstellung, die Autoindustrie, die Verpackungstechnik oder die Chemie. So suchte auch Lemminkäinen Infra für die Asphaltproduktion nach Frequenzumrichtern, die nicht nur die applikationsspezifische Funktionalität bieten, sondern auch unter den eher schwierigen Umgebungsbedingungen hohe Zuverlässigkeit garantieren und damit einen wesentlichen Beitrag zur Verfügbarkeit der gesamten Anlage leisten.

Die Lemminkäinen Infra ist Finnlands größte Baufirma und ein wichtiger Akteur in der gesamten baltischen Region. Dabei umfasst die Geschäftstätigkeit nicht nur den Bau und den Unterhalt von Straßen- und Schienennetzen, sondern auch die Produktion der benötigten Grundstoffe. In den Jahren 2008 bis 2009 wurde beispielsweise im finnischen Tuusula eine moderne Asphaltfabrik (Bild 1) gebaut. Sie gehört zu den drei größten Produktionsanlagen in Europa und stellt jährlich etwa 500 000 t Asphalt her. Dabei kann das Produktionsvolumen pro Stunde bis 700 t erreichen.

Arbeitsschritte der Asphaltproduktion
Die auf den jeweiligen Einsatzfall abgestimmte Asphaltmischung aus dem Bindemittel Bitumen und unterschiedlichen Gesteinskörnungen herzustellen ist dabei keineswegs trivial. Schließlich sind zahlreiche Parameter zu berücksichtigen, um beispielsweise die Tragfähigkeit auf den jeweiligen Verwendungszweck des Endprodukts abzustimmen. Der prinzipielle Produktionsablauf ist dennoch einfach zu verstehen und setzt sich aus den Arbeitsschritten Trocknen, Wiegen, Fördern und Mischen zusammen (Bild 2).
Zunächst werden die Gesteinskörnungen hergestellt und in vordosierter Menge der Trockentrommel zugegeben, wo die im Gestein enthaltene Feuchtigkeit verdampft. Der anfallende Feinstaub wird mithilfe einer Entstaubungsanlage abgetrennt und kann später wieder abgewogen und nach und nach zugesetzt werden. Anschließend verlässt das entsprechend der jeweiligen Rezeptur vordosierte und angewärmte Mineralstoffgemisch die Trockentrommel und gelangt in den Mischturm. Dort wird die Dosierung präzisiert, indem man bestimmte Korngrößen absiebt.
Ist die gewünschte Kornzusammensetzung erreicht und abgewogen, gelangt das heiße Bitumen in den Mischbehälter und wird dort mit den Mineralstoffen unter Einhaltung vorgegebener Zeiten vermischt. Anschließend kann man den frischen, etwa 150 °C bis 180 °C heißen Asphalt über Silos direkt auf Lkw verladen. Auch Recyclingware lässt sich auf diese Weise verarbeiten. Sie wird nach der Anlieferung geschreddert, in einem Trockner entfeuchtet, in einem Silo zwischengelagert und je nach Rezept in genau dosierter Menge dem Mischbehälter zugegeben.

Mehr als 50 Frequenzumrichter im Einsatz
Bei diesem automatisierten Herstellungsprozess ist naturgemäß viel Antriebstechnik im Spiel. So müssen in der Anlage insgesamt 53 Frequenzumrichter mit Leistungen zwischen 2,2 kW und 160 kW zuverlässig arbeiten, damit der Produktionsprozess reibungslos abläuft. 32 Frequenzumrichter befinden sich an den Förderbandantrieben, acht an den Gebläsen, fünf an den Pumpen und vier an den 20 t schweren Trocknertrommeln. Jeweils zwei weitere sind an den Siebmaschinen sowie bei den Antrieben im Einsatz, die den fertigen Asphalt ausbringen.
Dabei stellen die Umgebungsbedingungen hohe Anforderungen an die eingesetzten Umrichter. Bei der Asphaltproduktion müssen sie mit hohen und wechselnden Lasten zurechtkommen sowie strenge EMV-Richtlinien erfüllen, um nicht zur Störquelle für die Kontrolleinrichtungen zu werden. Zudem dürfen sie sich von den prozessbedingten Umgebungsbedingungen, wie Hitze, Kälte oder Staub, nicht beeinträchtigen lassen.
Letztendlich entschieden sich die finnischen Anlagenbetreiber dazu besonders robuste Frequenzumrichter aus dem Hause Yaskawa einzusetzen. Die Umrichter der Serien V1000 mit Leistungen von 2,2 kW bis 15 kW (Bild 3) und A1000 mit Leistungen von 22 kW bis 160 kW (Bild 4) haben nicht nur in puncto Zuverlässigkeit und Langlebigkeit überzeugt, sondern auch durch die einfache sowie komfortable Bedienung über die übersichtliche LCD- bzw. LED-Bedieneinheit. Bei allen Frequenzumrichtern ist außerdem die Parameterstruktur gleich, was den Umgang mit der Technik wesentlich erleichtert, vor allem wenn verschiedene Umrichtervarianten im Einsatz sind.
Auch den guten Support von Yaskawa wissen die Finnen zu schätzen. Schließlich ist es nicht nur bei der Inbetriebnahme, sondern auch beim laufenden Anlagenbetrieb wichtig, auf eventuelle Fragen schnell eine praxisgerechte Antwort zu bekommen.

Zuverlässig, komfortabel und praxisgerecht
Die Frequenzumrichter sind auf eine Lebensdauer von zehn Jahren bei Dauerbetrieb und 80 % Nennleistung ausgelegt. Falls es wider Erwarten doch zu einem Ausfall kommt, lässt sich ein Ersatzgerät schnell einbauen. Dafür sorgt die abnehmbare Steuerklemme mit Federzugtechnik und integriertem Parameterspeicher. Datensätze sind dadurch schnell auf den neuen Umrichter übertragbar, was die Stillstandszeiten reduziert.
Außerdem bauen beide Umrichterserien kompakt und lassen sich bei Bedarf „Side-by-Side“ montieren, was Einbauplatz spart. Trotz der vergleichsweise geringen Baugröße leisten sie Beachtliches: Im Heavy-Duty-Betrieb sind bis zu 150 % Überlast möglich. Bei Anwendungen, die geringe Überlast erfordern, darf der Antrieb mit 120 % Überlast im Normal-Duty-Betrieb arbeiten. Damit kann ein kleinerer Frequenzumrichter die Arbeit leisten, für die man normalerweise einen größeren bräuchte. Beim Regelungsverfahren kann der Anwender Open-Loop-Vektor- oder U/f-Regelung wählen.
Auch in puncto Kommunikationsfähigkeit bleiben keine Wünsche offen. Für eine einfache Anbindung in übergeordnete Steuerungsnetzwerke stehen mehrere Bussysteme, wie Ethernet/IP, CANopen, Profibus DP, CC Link, Devicenet und Mechatrolink II, zur Verfügung. Ethercat und Powerlink werden in Kürze lieferbar sein. Dadurch fügt sich die Antriebstechnik nahtlos in die moderne Automatisierungsumgebung des Anwenders ein.

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Autor: Claes Sjöblom ist Key Account Manager bei der Yaskawa Europe GmbH in Eschborn.