Hohe Leistung bei kleinerem Bauraum

Elektrisch betriebene Winde mit Planetengetriebe von Zollern

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Der Trend zur Elektrifizierung von Antrieben ist zunehmend auch in den Antriebssträngen von mobilen Arbeitsmaschinen zu beobachten. Bei der Entwicklung eines neuen elektromechanischen Windensystems mit integriertem Planetengetriebe für Kräne schenkte der Antriebstechnikspezialist Zollern GmbH & Co. KG, Sigmaringendorf, einem kompakten Bauraum sowie der rein elektrischen Betätigung der Winde besondere Bedeutung.

Dr. Bernhard Langenbeck, Leiter Entwicklung Antriebstechnik, Zollern GmbH & Co. KG, Sigmaringendorf

Inhaltsverzeichnis

1. Synchronmotor treibt Planetengetriebe an
2. Reduzierte Baulänge und weniger Gewicht
3. Automatische, kontinuierliche Systemüberwachung

Der Einsatz von elektrischen Antrieben erleichtert es, Vorgaben des Umweltschutzes zu erfüllen. Die Effizienz erhöht sich über einen großen Arbeitsbereich, während die Geräuschemission verringert wird. Die gute Steuer- und Regelbarkeit der elektrisch betriebenen Antriebe erlaubt ein präziseres Arbeiten. Gleichzeitig ist sie auch die Voraussetzung für die Kopplung mit Assistenzsystemen der Maschinensteuerung. Elektrische Antriebe arbeiten sehr zuverlässig und haben einen geringen Wartungsaufwand.

Besonders für die Elektrifizierung geeignet sind Anwendungen, bei denen alle Arbeitsfunktionen durch Drehbewegungen angetrieben werden, wie es beispielsweise bei Kranen, Bohr- und Fräsgeräten der Fall ist. Linearbewegungen sind elektrisch nur schwer realisierbar. Die Ausstattung von Geräten mit unterschiedlichen Systemen wird in der Praxis meist abgelehnt.

Der Erzeugung der Linearbewegung der Bremse sowie dem Bauraum schenkte der Antriebstechnikspezialist Zollern bei der Entwicklung des neuen elektromechanischen Systems besondere Beachtung. Entwickelt wurde eine rein elektrisch betriebene Winde mit integriertem Planetengetriebe für Kräne, die erstmals auf der diesjährigen Bauma vorgestellt wurde.

Synchronmotor treibt Planetengetriebe an

Die Winde, bestehend aus Seiltrommel und Windenbock, besitzt ein in die Seiltrommel integriertes Planetengetriebe, das von einem außenliegenden, kurz bauenden, permanent erregten Synchronmotor angetrieben wird. Im Läufer des Motors befindet sich die Halte- und Notbremse des Windensystems. Der Wechselrichter ist an den Motor angebaut. Wechselrichter und Motor verfügen über eine gemeinsame Kühlwasserversorgung. Für das schnelle Ansprechen der Bremse sorgt ein klein bauendes, elektrisch betriebenes und angesteuertes Mikroölaggregat, das innerhalb des Gesamtbauraums untergebracht ist.

Durch die Verwendung eines Synchronmotors wird gegenüber einer Asynchronmaschine der Wirkungsgrad verbessert, der Blindstrom reduziert und darüber hinaus die Feinsteuerbarkeit erhöht. Die automatisierte Lastübergabe vom Motor an die Bremse und umgekehrt erfolgt wesentlich präziser und gleichförmiger. Durch die höhere Leistungsdichte des Synchronmotors und die Integration von Komponenten ergibt sich ein Bauraum, der sich bei gleichem Querschnitt der Winde durch eine geringere axiale Baubreite gegenüber einem hydraulisch angetriebenen System auszeichnet. Im Rahmen der Gestaltung eines Gesamtsystems können die elektrischen und mechanischen Komponentenparameter gesamtheitlich optimiert werden. Erreicht wird dadurch ein Gesamtoptimum der Komplettwinde und nicht nur einzelner optimierter Komponenten.

Reduzierte Baulänge und weniger Gewicht

Dies gilt auch für den Antrieb von Tunnelbohrmaschinen mit integrierter Wasserkühlung, den Zollern entwickelte. Bei der Optimierung der Systemparameter wurde wiederum das Gesamtsystem, bestehend aus Getriebe, Synchronmotor sowie optional Überlastkupplung und Bremse, betrachtet. Durch den Entfall von Schnittstellen und den damit verbundenen Vorgaben wurden die Konstruktion vereinfacht und die Komponenten besser ausgenutzt. Dies führt zu einer reduzierten Baulänge und einer Gewichtseinsparung des Antriebssystems um jeweils etwa 40 %. Durch die verringerte Länge der einzelnen Antriebe verkürzt sich die Baulänge der Tunnelbohrmaschine entsprechend. Die Beanspruchung der Tragstruktur verringert sich durch das reduzierte Gewicht besonders unter Schwingungseinwirkung erheblich.

Automatische, kontinuierliche Systemüberwachung

In beide Systeme kann der Zollern Maintenance Advisor (ZMA) integriert werden. Der ZMA ermöglicht die Beobachtung des Winden- und Antriebssystems sowie die Dokumentation der Beanspruchungen. Durch die kontinuierliche Überwachung aller relevanten Systemdaten kann die Schädigung der Komponenten durch Bauteilausfälle oder Fehlbedienung vermieden werden. Mit diesen Daten wird auch die Beanspruchung der Hauptkomponenten Getriebe, Lager, Öl, Motor und Umrichter dokumentiert und hinsichtlich ihrer zu erwartenden Restlebensdauer ausgewertet. Die integrierten Ölsensoren ermöglichen die Beurteilung des aktuellen Zustandes des Öls.

Diese Informationen stehen der übergeordneten Anlage lokal zur Verfügung und können über das Mobilfunknetz auf einem Server abgelegt werden. Die Daten sind dann über eine Internet-Verbindung zu jeder Zeit und von jedem Ort aus zugänglich. Das ZMA-System kann auch in Verbindung mit hydrostatischen Antrieben verwendet werden.

Die elektrischen Systeme folgen dem aktuellen Trend in der Antriebstechnik. Darüber hinaus bieten sie in Verbindung mit den eigens entwickelten Synchronmaschinen eine erweiterte Funktionalität. Durch die zukunftsweisende, integrierte Systemüberwachung ZMA werden Schädigungen vermieden und eine bedarfsgerechte und planbare Wartung ermöglicht. bec

Detaillierte Informationen zur Zustandsüberwachung von Getrieben und Winden im Video:
hier.pro/Mo8IT
Messe EMO 2019: Halle 7, Stand D50

Kontakt:
Zollern GmbH & Co. KG
Hitzkofer Straße 1
72517 Sigmaringendorf
Tel.: 07571 70-0
Fax: 07571 70-602
E-Mail: info@zollern.com
www.zollern.com

Geschäftsführer: Dr. Klaus F. Erkes

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