Leitfaden für Synchronmotoren und Hochleistungs-Pulverisiermotoren für Brecherbetrieb

Warum Zerkleinerungs- und Pulverisierungsgeräte speziell entwickelte Motoren benötigen

Synchronmotoren für Brecherbetrieb und Pulverisiermotoren mit hohem Drehmoment dienen beide dazu, das gleiche zugrunde liegende Problem zu lösen: Standard-Induktionsmotoren haben mit der Stoßbelastung, den zyklischen Drehmomentanforderungen und den Startbedingungen zu kämpfen, die Brech- und Pulverisierungsgeräte einem Antriebssystem auferlegen. Ein Backenbrecher oder eine Hammermühle zieht keine gleichmäßige, vorhersehbare Last auf – das Drehmoment steigt jedes Mal stark an, wenn ein Stück Gestein, Erz oder Material unter der Brechwirkung blockiert oder bricht, und der Motor muss diese Spitze absorbieren, ohne abzuwürgen oder offline zu stolpern.

Synchronmotoren werden typischerweise für große Brecher im Dauerbetrieb eingesetzt – Kreisel- und Kegelbrecher in Bergbau- und Zuschlagstoffbetrieben – wo ihre feste Synchrongeschwindigkeit und die Fähigkeit zur Korrektur des Leistungsfaktors echte Effizienzsteigerungen im großen Maßstab ermöglichen. Pulverisierermotoren mit hohem Drehmoment, häufig Induktionsausführungen mit verstärkter Rotorkonstruktion werden für Mühlen und Pulverisierer gewählt, bei denen das Anlaufdrehmoment und die dauerhafte Überlastfähigkeit bei zyklischer Belastung wichtiger sind als die Leistungsfaktorvorteile, die Synchronmotoren bieten.

Anlaufdrehmoment: Die Spezifikation, die unterschätzt wird

Brecher und Pulverisierer werden häufig unter Last gestartet – mit Material, das sich bereits in der Brechkammer befindet, und nicht im leeren Startzustand –, was ein deutlich höheres Startdrehmoment erfordert, als ein Allzweckmotor mit der gleichen Leistung liefert.

Typische Anlaufdrehmomentbereiche je nach Motorkonstruktion und deren Eignung für Brechanlagen.

Die Angabe allein nach PS, ohne das Anlaufdrehmoment anhand der tatsächlichen Lastanlaufanforderung der Anlage zu vergleichen, ist einer der häufigsten und kostspieligsten Fehler bei der Motorauswahl in dieser Anlagenkategorie – ein unterbewerteter Motor läuft möglicherweise bei einem Test mit geringer Belastung einwandfrei, bleibt aber wiederholt stehen oder löst aus, sobald das Material tatsächlich durch den Brecher gefördert wird.

Warum Synchronmotoren im größeren Maßstab sinnvoll sind

Synchronmotoren laufen mit einer festen Drehzahl, die an die Netzfrequenz gekoppelt ist, und nicht mit der schlupfabhängigen Drehzahl eines Induktionsmotors. Dies bietet zwei Vorteile, die bei großen Anlagen im Dauerbetrieb am wichtigsten sind:

• Leistungsfaktorkorrektur – Ein übererregter Synchronmotor kann dem elektrischen System der Anlage führende Blindleistung liefern, wodurch der nacheilende Leistungsfaktor anderer Induktionslasten ausgeglichen wird und die Nachteile des Netzleistungsfaktors reduziert werden
• Höhere Effizienz bei großer Leistung — Synchronmotoren weisen im Allgemeinen bei Nennleistungen über etwa 1.000 PS, wo typischerweise große Kreisel- und Kegelbrecher eingesetzt werden, einen höheren Wirkungsgrad auf als vergleichbare Induktionsmotoren

Unterhalb dieser Größenordnung überwiegen die zusätzlichen Kosten und die Komplexität von Synchronmotor-Erregersystemen und Startgeräten häufig die Effizienz- und Leistungsfaktorvorteile, weshalb kleinere und mittelgroße Zerkleinerungs- und Pulverisierungsanwendungen häufiger stattdessen Induktionskonstruktionen mit hohem Drehmoment verwenden.

Rotor- und Lagerkonstruktion für Stoßbelastungsbeständigkeit

Abgesehen vom Nenndrehmoment unterscheidet sich die mechanische Konstruktion eines Motors für Brecher- oder Pulverisiererbetrieb von Allzweckkonstruktionen in einer Weise, die sich direkt auf die Lebensdauer bei wiederholter Stoßbelastung auswirkt:

1. Verstärkte Rotorstangen und Endringe sind so konzipiert, dass sie den thermischen und mechanischen Belastungen wiederholter Hochstromstarts und Drehmomentspitzen standhalten, ohne dass sie mit der Zeit reißen oder sich lockern.
2. Hochleistungslager, die im Verhältnis zur Motorleistung oft überdimensioniert sind, sind dafür ausgelegt, radiale Stoßbelastungen zu absorbieren, die durch die Zerkleinerungswirkung über die Antriebskupplung zurückübertragen werden.
3. Die robuste Wellen- und Kupplungskonstruktion trägt der Torsionsstoßbelastung Rechnung, die für Zerkleinerungsgeräte einzigartig ist, da eine Welle, die nur für ein stationäres Drehmoment dimensioniert ist, bei wiederholter Stoßbelastung lange vor ihrer Nennlebensdauer ermüden und ausfallen kann.

Ein Motor, der für die richtige Leistung und das richtige Drehmoment ausgelegt ist, aber nach einem allgemeinen industriellen Standard und nicht nach einem Brecher-/Pulverisierer-Standard gebaut ist, weist häufig einen vorzeitigen Lager- oder Rotorausfall auf, insbesondere weil die mechanische Konstruktion von vornherein nicht für Stoßbelastungen ausgelegt ist.

Fragen, die vor der Spezifikation eines Motors zu klären sind

Ein paar Anwendungsdetails bestimmen, ob ein Synchronmotor oder ein Induktionsmotor mit hohem Drehmoment die richtige Wahl ist, und es ist weitaus kostspieliger, sie in der Spezifikationsphase falsch zu korrigieren, als sie gleich im Vorhinein richtig zu machen:

• Wie hoch ist das tatsächlich erforderliche Anlaufdrehmoment unter Last, je nachdem, ob die Anlage leer oder unter Materiallast startet?
• In welchen PS-Bereich fällt die Anlage, da dieser Schwellenwert maßgeblich darüber entscheidet, ob die Vorteile des Synchronmotors die zusätzliche Systemkomplexität rechtfertigen?
• Welche Startmethode steht am Standort zur Verfügung – Vollspannung, reduzierte Spannung oder Sanftanlauf –, da sich dies sowohl auf die Motorauswahl als auch auf die dafür erforderliche elektrische Infrastruktur auswirkt?

Das Durcharbeiten dieser Fragen anhand der Arbeitszyklusdaten des Geräteherstellers ist der zuverlässigste Weg, um zu vermeiden, dass ein Motor für die Stoßbelastungen, die Brech- und Pulverisierungsgeräte tatsächlich erzeugen, nicht ausreichend spezifiziert wird, anstatt sich auf eine generische PS-zu-Motor-Suche zu verlassen.