Fit für das Retrofit

Exklusiv in KEM Der Autor, Dieter Graf, ist Verkaufsingenieur Partnerfirmenteam bei der Danfoss GmbH VLT Antriebstechnik, Offenbach

Die Mangold Elektromaschinenbau GmbH bietet jetzt eine Lösung: Sie rüstet ältere Krane ohne Drehzahlregelung mit Danfoss VLT Frequenzumrichtern nach, was einen weiteren Einsatz erlaubt. Dabei ist dies für die Betreiber wesentlich kostengünstiger als die Investition in komplett neue Anlagentechnik. Die Mangold Elektromaschinenbau GmbH, gegründet 1932 und Hauptsitz in Friedrichshafen am Bodensee, ist unter anderem auf die Instandhaltung sowie Wartung und Service von elektrischen Anlagen ihrer Kunden spezialisiert. So verfügt das Unternehmen, das seit mehr als 20 Jahren Danfoss Systempartner ist, über ein umfangreiches Lager von mehr als 2000 Servo-, Drehstrom- und Getriebemotoren, um Stillstandszeiten der Anlagen zu minimieren. Dazu kommt eine hohe Expertise in der Anlagentechnik, bei zeitgemäßer Drehzahlregelung und der Auslegung sowie Inbetriebnahme von VLT- Umrichtern. Einen zunehmend wichtigen Teil der Servicearbeit stellt die zustandsorientierte und vorbeugende Instandhaltung bei Kunden vor Ort dar.

Seit dem 1. Januar 2012 dürfen Bauunternehmen im Stadtgebiet München nur noch Baukrane einsetzen, die mit einer Drehzahlregelung durch Frequenzumrichter ausgestattet sind. Die entsprechende Aufsichtsbehörde fragt bereits im Genehmigungsverfahren die entsprechenden Maschinen ab. Später kontrollieren Mitarbeiter des Amtes die Baumaschinen vor Ort, um die Richtigkeit der Angaben sowie die Einhaltung der Auflagen zu überwachen. Der Sinn dieser Regelung ist klar: Der Betrieb über Frequenzumrichter soll vor allem die Stromaufnahme der Hebewerke und Krane begrenzen. Denn diese kann bei ungeregelten Kranen bis zum dreifachen des angegebenen Nennstroms des Kranes betragen. Bei einem typischen Baukran mit 37 kW Leistung, der mit maximal 63 A im Baustromverteiler abgesichert ist, eine nicht unerhebliche Stromaufnahme. Diese gilt es deutlich zu reduzieren.

Neben der Begrenzung des Einschaltstroms erhöht der Umbau durch Mangold auch die Sicherheit der Anlage, erhöht den Bedienkomfort für den Baukran und reduziert den Verschleiß der Komponenten deutlich. Die Nachrüstung der Krane mit der neuen Elektronik der VLT-Frequenzumrichter ermöglicht bei richtiger Einstellung und Ausmessung ein nahezu lastunabhängiges Bedienen. Vor allem können die Steueralgorithmen der Umrichter dynamische Kräfte, wie sie bei ruckartigem Anfahren, -heben oder bei pendelnder Last entstehen, ausgleichen.

Dazu nutzt Mangold eine kaskadenförmige Regelstruktur. Sie erfasst das benötigte Drehmoment für die angehängte Last über die Messung von Strom, Drehzahl und die Lage des Motors und regelt den Antrieb optimal nach. Das vektororientierte Regelverfahren VVC+ der Danfoss VLT Automation Drive FC 302 in Kombination mit Abtastzeiten im Mikro-Sekundenbereich ermöglicht der Regelung ein dynamisches Ausgleichen von „Fehlern“. Insgesamt führt das Retrofit der bestehenden Krananlage zu einem guten Rundlauf und einer konstanten Drehmomentbildung an den Antrieben.

Gleichzeitig überwacht die neue Regelung permanent den Motorstrom. Sie erkennt zuverlässig Überströme und lässt diese nur kurzzeitig entsprechend der zugelassenen Grenzen zu. Bei einer Überschreitung der passend zur Anlage gewählten Sicherheitszeiten schaltet der Umrichter die Antriebsgruppe ab, um so Beschädigungen der Komponenten zu vermeiden.

Um diese ruckartigen Bewe- gungen aus Tipp- und Konterbetrieb zu vermeiden, programmiert Mangold in den Danfoss-Umrichtern angepasste An- und Abfahrrampen. Dafür liefern die Frequenzumrichter zur Ansteuerung der kostengünstigen, sehr robusten und zuverlässigen Drehstrom Motoren mit Kurzschlussläufer für eine lineare Drehzahlverstellung die notwendige, in der Frequenz und in der Höhe des Effektivwerts veränderbare Spannung. Gleichzeitig reduzieren die Rampen den Verschleiß der mechanischen Komponenten, da sie harte Momentenschläge auf die Mechanik eliminieren.

Ebenso wichtig für die optimale Ansteuerung eines Hubwerks: Die Auswahl des richtigen Bremswiderstands, um neben dem Beschleunigen auch das Abbremsen entsprechend der Anwendung zu konfigurieren. Zudem bieten die VLT Automation Drive auch die Möglichkeit, eine mechanische Haltebremse anzusteuern. Dafür misst Mangold die notwendige Vor- und Nachmagnetisierungszeit aus, also die Zeit, bis der Motor bzw. solange der Motor noch Drehmoment bilden kann. Daraus ergeben sich die passenden Bremsöffnungs- und -schließzeiten. Dies ist besonders für das Hubwerk äußerst wichtig, um so ein Absacken vor dem Hubvorgang bzw. ein Nachrutschen nach dem Senken unter allen Umständen sicher zu vermeiden.

Als Frequenzumrichterplattform wählte Mangold die VLT Automation Drive FC 302 Serie. Die modular aufgebauten Frequenz- umrichter stehen im Leistungsbereich von 1,1 bis 1400 kW zur Verfügung bei Netzspannungen von 400, 500 und 690 V. Die Programmierung erfolgt entweder über das lokale graphische Display oder die Ansteuerung über die Programmiersoftware MCT 10.

Die Auslegung erfolgt von der Motorleistung des Krans aus, damit genug Leistung für die Applikation bereitsteht. Die Auswahl des passenden Bremswiderstands basiert dann auf der Leistungsgröße des Frequenzumrichters. Die Installation des Umrichters und weiterer Steuerungselemente, die auf Schützsteuerungen aufgebaut sind, beispielsweise Sicherheitsendschalter sowie Fliehkraftschalter, erfolgt in wetterfesten IP66-Gehäusen. Die Zusatzfunktionen garantieren einen störungsfreien Betrieb und erhöhte Sicherheit. Beispielsweise sorgen diese Komponenten für eine sichere Abschaltung des Hubwerkes in den Endpositionen bzw. bei einer Überdrehzahl. Und auch die Frequenzumrichter sind bei Bedarf in Gehäusen hoher Schutzklasse bis IP66 erhältlich. Zudem können Kunden die Platinen mit einer zusätzlichen Beschichtung für besonders raue und aggressive Umgebungsbedingungen ordern, um die Lebensdauer zu erhöhen und ebenso bei Feuchtigkeit einen besseren Schutz zu erhalten.

Zum Service von Mangold gehört ebenfalls, dass die gesamte Lösung fertig verdrahtet und getestet ausgeliefert wird. Zuletzt erfolgen noch umfangreiche Tests sowie die optimale Parametrierung und Anpassung an die Kundenanlage, bevor das Gesamtsystem vor Ort installiert und in Betrieb genommen wird.

Insgesamt bietet die Mangold Elektromaschinenbau GmbH eine Komplettlösung für das Retrofit bestehender Baukrane, um die Vorgaben in einigen Kommunen hinsichtlich der Strombegrenzung und Netzbelastung einzuhalten und eine bestehende Investition zu schützen. Positiver Nebeneffekt ist mehr Sicherheit sowie Bedienkomfort für den Betreiber.

Danfoss, Tel.: 069 8902-332,

E-Mail: Lutz.Jaeckels@ danfoss.com