Mit ihren Maschinen für die Bergbau- und Baustoffindustrie ist Metso Minerals einer der führenden Anbieter weltweit. Die harten Einsatzbedingungen bringen die Automatisierungstechnik dieser Maschinen teilweise an ihre Grenzen. So auch bei den in einigen Applikationen eingesetzten Drehgebern, die enge Wartungsintervalle verlangen. Durch den Einsatz des berührungslosen induktiven Drehgebers QR24 von Turck verspricht sich Metso nach erfolgreichen Tests jetzt eine viel höhere Zuverlässigkeit.
Michael Serbiné ist Vertriebsspezialist bei Turck in Mülheim
Wenn im Über- und Untertagebau weltweit Marmor, Stein, Eisen- oder andere Erze abgebaut werden, sind in den meisten Fällen auch Maschinen des finnischen Metso-Konzerns beziehungsweise seiner deutschen Tochter Metso Minerals (Deutschland) im Einsatz. Bergbaumaschinen, neudeutsch Mining-Equipment, ist ein wichtiges Standbein des Unternehmens. Mit seinen Maschinen deckt der Spezialist die gesamte Prozesskette vom groben Stein bis zum Mineral-Konzentrat ab, von Brechern über Separieranlagen und Transportbändern bis hin zu Mineral-Mahlwerken.
Robuster Drehgeber gesucht
Für die Mechanik ist die Bergbaubranche eine der rauesten Einsatzbereiche überhaupt. Wo Berge versetzt und Steine gebrochen werden, wo Schotter, Kies und Erze transportiert und sortiert werden, dort sind starke Erschütterungen und Vibrationen an der Tagesordnung. Zusätzlich machen Staub und grobe Verunreinigungen wie etwa Schlamm der eingesetzten Technik im Bergbau zu schaffen – insbesondere empfindlicher Sensortechnik wie Drehgebern.
Vergleicht man diese Umgebungsbedingungen mit dem elektromechanischen Equipment, das den Mining-Firmen zur Erfassung von Drehbewegungen zur Verfügung steht, fällt eines auf: Die feinmechanischen Drehgeber mit ihren filigranen Wellen und kleinen Lagern auf der einen und große Heavy-Duty-Maschinen auf der anderen Seite passen nicht zusammen.
Daher hatte man bei Metso auch Bedenken, ob die am Markt erhältlichen Geber in einer neu aufgelegten Bergbaumaschine halten würden. Bisherige Erfahrungen mit Drehgebern zeigten, dass sie häufig schon nach sechs Monaten ausgetauscht werden müssen. Durch die Vibrationen der Maschinen gehen die Lager relativ schnell kaputt. Auch an der Dichtlippe kann Staub eindringen und die Funktion stören. Diese Resolver werden zwar in IP67 ausgeliefert, können die Schutzart aber nicht dauerhaft halten. Gleiches gilt für optische Encoder.
Auch die Montage konventioneller Drehgeber ist nicht ganz ohne, da die Achse des Elektromotors, an denen die Geber eingesetzt werden, bis zu 1 mm axiales Spiel haben kann. Die Drehmomentstütze muss diese Bewegung abfedern, gleichzeitig aber in radialer Richtung absolut steif sein, um die nötige Genauigkeit halten zu können. Bei der Montage konventioneller Geber muss man daher sehr präzise arbeiten.
Vorteil: Berührungslos
Die Metso-Spezialisten haben deshalb den berührungslosen Drehgeber QR24 von Turck in ihre Überlegungen einbezogen. Mit dem induktiven Messprinzip ist er optimal für extrem raue Umgebungen geeignet. Mit dem QR24 konnte Metso ein neues Feature realisieren, für das die Position der Motorwelle permanent erfasst werden muss. Da das Positionselement des QR24 bis zu 4 mm vom Sensorgehäuse des Drehgebers entfernt montiert werden kann, lassen sich Vibrationen und die Axialbewegung der Motorwelle perfekt abfangen. Es besteht keine mechanische Verbindung zwischen Positionsgeber und Sensorgehäuse.
Die Welle des Motors ist nach außen verlängert. Auf der Verlängerung montieren die Techniker den Positionsgeber des induktiven Sensors. Den Sensor selbst befestigte man an einer Adapterplatte, die wiederum am Motorgehäuse montiert ist. An diesem Adapter wird später ein Gehäuseschutz für den Sensor montiert. Auch wenn der Sensor grundsätzlich hätte frei montiert werden können, wollte man das Gerät vor schwerem Steinschlag schützen, wie er im Mining-Bereich vorkommen kann. Der Sensor ist komplett abgeschirmt, lediglich der M12-Stecker und die LED sind von unten noch erkennbar und zeigen Spannungsversorgung und Betriebszustand für eine unkomplizierte und schnelle Diagnose an.
Andere berührungslose Systeme waren für Metso auch keine Alternative. Die magnetischen Positionsgeber dieser Systeme ziehen insbesondere in der Eisenerzgewinnung Metallstäube an und fallen damit für den breiten Einsatz ebenfalls aus.
Motion-Control mit Vektor-Steuerung
Die Steuerung der Maschine wurde auf eine Vektorregelung programmiert, um mit den Daten des QR24 optimale Steuerungsergebnisse zu erreichen. Die Steuerung arbeitet mit dem Sensor im Singleturn-Modus und zählt selbst die Umdrehungen mit. Die SPS verwendet dazu das hochaufgelöste SSI-Digitalsignal des QR24. Die Motordrehzahl von 1.000 Umdrehungen pro Minute bringt den Sensor bei weitem nicht an seine Grenze. Auch das Magnetfeld des Motors stört das induktive Messsystem nicht.
Die Maschinen von Metso sind in den Bergwerken und Tagebauen rund um die Uhr im Einsatz – 24 Stunden, sieben Tage die Woche. Die Verantwortlichen versprechen sich viel vom Einsatz des QR24. Der Wartungsaufwand soll gegenüber anderen Drehgebern erheblich minimiert werden. Die bisherigen Tests verliefen positiv und bestätigen diese Hoffnung.
Hannover Messe: 9-H55
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