Schonende Klemmverbindung in Schaltschränken

Von Klaus Hörz

Die Kleemann GmbH aus Göppingen, die zur international tätigen Wirtgen Group gehört, ist ein führender Hersteller von Brech- und Siebanlagen. Neben stationären Lösungen bietet das Unternehmen auch mobile Produkte an, die mit Raupenketten schnell die Position auf der Baustelle oder im Steinbruch wechseln können. In dem 2009 neu eingeweihten Werk in Göppingen fertigen die Mitarbeiter in der 26.000 Quadratmeter großen Fertigungshalle auf vier multifunktionalen Produktionslinien im Just-in-Time-Verfahren die Kleemann-Anlagen.
Mit den raupenmobilen Prallbrechern vom Typ Mobirex bietet Kleemann Maschinen für weiches bis mittelhartes Naturgestein und zur Wiederaufbereitung von Baurestmassen an. Das Modell MR 130 Z EVO kann beispielsweise bis zu 450 Tonnen pro Stunde verarbeiten und nimmt dabei Stücke bis zu einer Größe von 1.100 x 700 Millimeter auf. Die Maschinen der Mobirex-Reihe arbeiten mit sogenannten Prallbrechern. Im eigentlichen Brecher dreht sich dazu ein Rotor, der mit drei oder vier Schlagleisten bestückt ist. Zwischen dem Rotor und der sogenannten Schwinge wird das Material beschleunigt und durch den Aufprall zerkleinert. Der Abstand zwischen Rotor und Schwinge, der für die Korngröße des Materials entscheidend ist, lässt sich bei der Mobirex-Reihe hydraulisch verstellen. Vor dem Brechereinlauf sorgt ein Sieb dafür, dass Material, das bereits die richtige Größe hat, gar nicht erst in den Brecher gelangt. Sowohl diese Siebeinheit als auch der Prallbrecher an sich erzeugen sehr starke Vibrationen, die die gesamte Maschine aushalten muss.

Antriebe überwiegend elektrisch

Die zentrale Energieversorgung der Maschine übernimmt ein Dieselmotor mit einer Leistung von 384 kW. Dieser treibt über eine Hydraulikkupplung und einen Riemenantrieb den Brecher direkt an. Außerdem betreibt er eine Hydraulikpumpe, die für die Hydraulikmotoren der Raupenantriebe zuständig ist. Alle anderen Antriebe auf der Maschine sind elektrisch. Die dazu notwendige elektrische Energie erzeugt ein Generator. So treiben beispielsweise Elektromotoren die Förderbänder für den Materialeinlauf und den Materialabtransport an. Darüber hinaus kommen durch Frequenzumrichter angesteuerte Vibrationsmotoren zum Einsatz, sodass die Geschwindigkeit der Förderrinnen regelbar ist. Auch die Vibrationen der Siebe werden über Elektromotoren erzeugt.
Sämtliche elektrotechnische Komponenten, zum Beispiel die Steuerung, Frequenzumrichter, Schütze und Relais, sind in einem Schaltschrank untergebracht, der seitlich an der Maschine montiert ist. „Die Komponenten im Schaltschrank sind am empfindlichsten gegenüber dem Staub und den Vibrationen der Maschine“, erklärt Markus Huber, der bei Kleemann für die Elektrotechnik der Maschinen verantwortlich ist. Daher haben die Konstrukteure bei Kleemann verschiedene Maßnahmen ergriffen, um den Schutz der Elektrotechnik sicherzustellen. So ist der Schaltschrank komplett staubdicht ausgeführt und zudem unter einer großzügigen Klappe abgedeckt. Ein Gebläse sorgt ständig für einen Überdruck im Schaltschrank, sodass kaum Staub eindringen kann, selbst wenn der Bediener diesen einmal öffnen muss. Um die Vibrationen im Schaltschrank zu minimieren, hat man bei Kleemann verschiedene flexible Befestigungsmethoden erprobt. Am besten haben sich Gummiluftfeder-Isolatoren bewährt. „Im Vergleich zu einer starren Verbindung des Schaltschranks mit der Maschine konnten wir die Vibrationen damit um etwa 70 Prozent reduzieren“, so Huber.

Robuste Komponenten sorgen für Zuverlässigkeit

Neben Montage und Staubdichtigkeit des Schaltschranks hat man bei der Konstruktion auch darauf geachtet, möglichst robuste Komponenten zu verwenden. „Unsere Maschinen sind weltweit im Einsatz“, sagt Huber, „und ein Serviceeinsatz wäre entsprechend aufwendig.“ Wegen eines defekten Relais oder einer fehlerhaften Klemmverbindung sollte möglichst kein Servicetechniker auf die Reise geschickt werden. In beiden Fällen vertraut man deswegen auf Produkte von Wago.
Über die Relais schaltet die Steuerung sämtliche Verbraucher auf der Maschine, dazu gehören beispielsweise Hydraulikventile und Pumpen. Zum Einsatz kommen hier Komponenten der Baureihe 859, die Ströme bis 6 Ampere schalten können. Die Relais mit einer Baubreite von nur 6 Millimetern sind staubdicht. Zwangsgeführte Silberkontakte mit einer Zinnoxid-Beschichtung garantieren zudem eine hohe Lebensdauer. Um höhere Ströme bis zu 16 Ampere zu schalten, verwendet Kleemann steckbare Relais der Serie 788 mit einer Breite von 15 Millimetern. Sollte trotz der robusten Ausführung einmal ein solches Relais ausfallen, sind die Ersatzteile weltweit einfach zu beschaffen und leicht vor Ort austauschbar.
Für die Anschlusstechnik hat man sich bei Kleemann für die Topjob-S-Reihenklemmen von Wago entschieden. Über eine Klemmenleiste werden sämtliche Verbindungen zwischen Schaltschrank und Peripherie realisiert. Angebunden sind neben den Verbrauchern und Aktoren auch die Sensoren, die an verschiedenen Stellen der Maschine Messwerte aufnehmen und an die Steuerung weitergeben. Ein typisches Beispiel ist ein Beschleunigungssensor in der hydraulisch betätigten Schwinge. Beim Start der Maschine wird die Schwinge langsam auf den sich drehenden Brecher zubewegt. Sobald sich Schwinge und Brecher berühren, reagiert der Beschleunigungssensor, sodass darüber der Nullpunkt festgestellt werden kann. Anschließend stellt die Steuerung den gewünschten Abstand zwischen Schwinge und Brecher ein.
Damit diese und weitere Funktionen der Maschine problemlos funktionieren, müssen die elektrischen Verbindungen trotz der Vibrationen sehr zuverlässig sein. „Die Cage-Clamp-Technik in den Topjob-S-Klemmen hat uns hier überzeugt“, erläutert Huber die Entscheidung für Wago: „Viele andere Klemmtechniken haben den Nachteil, dass eine scharfe Kante den Leiter festklemmt.“ Dies führte laut Huber in der Vergangenheit häufig dazu, dass die Klemme den Leiter bei den auftretenden Vibrationen mit der Zeit abschert. Die Topjob-S-Klemmen haben diesen Nachteil nicht, da der Federzugmechanismus den Leiter gegen eine abgerundete Fläche drückt. Die Klemme hat sehr hohe Haltekräfte, obwohl der Leiter viel schonender festgehalten wird.

Stromversorgung für den Schaltschrank

Um die Komponenten im Schaltschrank mit der benötigten Spannung von 24 Volt zu versorgen, setzen die Entwickler bei Kleemann auf Netzgeräte, die ebenfalls von Wago stammen. Auch hier spielten Qualität und Zuverlässigkeit die Hauptrolle bei der Entscheidung, allerdings musste noch ein ganz anderes Problem bedacht werden: Der Dieselmotor wird durch die Steuerung gestartet, wenn der Benutzer am Bedien-Interface den entsprechenden Befehl gibt. Der hohe Strombedarf des Starters während des Startvorgangs sorgt dafür, dass die Versorgungsspannung kurzfristig einbricht. Dies führt wiederum dazu, dass die Steuerung automatisch abschaltet und neu bootet. Um dies zu umgehen, ist im Schaltschrank ein kapazitiver Puffer verbaut, der die Spannungsversorgung der Steuerung aufrechterhält, bis der Generator ausreichend Energie liefert. Die hier verwendeten Puffermodule vom Typ 787-880 von Wago arbeiten mit sogenannten Gold-Caps als Energiespeicher. Diese haben im Vergleich zu herkömmlichen Elkos den Vorteil, dass sie die Energie sehr lange speichern können.

Komplettservice zusammen mit Systempartner

Mit der Lieferung der Schaltschränke hat Kleemann einen Systempartner beauftragt. Die Firma TPS Technopartner Samtronic GmbH fertigt und bestückt die Schaltschränke komplett und ist auch für die Programmierung der Steuerung zuständig. Die Klemmen und die Relais kommen von Wago fertig auf Hutschienen bestückt und beschriftet zu TPS. Der Systempartner baut diese Schienen in den Schaltschrank ein und ergänzt die übrigen Komponenten. Dadurch kann die Lieferung der fertigen Schaltschränke sehr schnell realisiert werden.

Klaus Hörz ist technischer Vertriebsberater bei WAGO Kontakttechnik.

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