antriebstechnik 7/2020

KUPPLUNGEN UND BREMSEN

KUPPLUNGEN UND BREMSEN ANLAGENSICHERHEIT KUPPLUNG SICHERT STROMVERSORGUNG Selbst im Millisekundenbereich können Stromausfälle für industrielle Anlagen gravierend Konsequenzen haben. Eine dynamische unterbrechungsfreie Stromversorgung mit elektromagnetischer Kupplung kann Systemen die gesuchte Betriebssicherheit verleihen. In manchen Ländern sind Schwankungen der Versorgungsfrequenz oder gar Stromausfälle recht häufig, wenn der lokale Verbrauch die Erzeugungskapazität übersteigt. Länger dauernde Frequenzabweichungen von mehr als ein Prozent können elektrische Geräte beschädigen, sodass für wichtige Anwendungen Schutzvorkehrungen getroffen werden müssen. Neben den privaten Verbrauchern sind vor allem auch die Industrie und die medizintechnische Versorgung auf eine konstante Stromversorgung angewiesen, z. B. Krankenhäuser und Datenzentren, deren Patienten bzw. Kunden eine Versorgungsgarantie benötigen. Bei der Auslegung derartiger Anlagen werden daher unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV) eingeplant, die im Falle eines Stromausfalls oder bei schlechter Versorgungsqualität eine kontinuierliche Betriebssicherheit sicherstellen. UNTERBRECHUNGSFREIER WECHSEL Für große Verbraucher bieten sich hierfür zwei Optionen an: Backup-Batterien, die über einen Stromrichter die wichtigsten Strom- kreise mit stabiler Wechselspannung versorgen, und dynamische USV-Systeme. Beide Lösungen sind in der Lage, die nötige Versorgungsqualität aufrechtzuerhalten. Die Batterieoption nimmt jedoch viel Platz ein und kann einen relativ hohen Wartungsaufwand erfordern. Dynamische USV bestehen aus drei Hauptkomponenten: einem Dieselmotor, einer Schwungscheibe zum Vorhalten kinetischer Energie und einem Generator. Im Normalfall, bei zufriedenstellender Spannungsversorgung, arbeitet der Generator als Elektromotor und dreht die Schwungscheibe mit konstanter Drehzahl; der Dieselmotor ruht. Sobald die Netzfrequenz den vorgegebenen Schwellwert unterschreitet oder der Strom vollständig ausfällt, öffnet sich der Hauptschalter, um das Gebäude vom Versorgungsnetz zu trennen. Die wichtigsten Stromkreise werden auf den Generator geschaltet, der durch die Schwungscheibe angetrieben wird. In der Zwischenzeit startet der Dieselmotor. Sobald dieser eine Drehzahl von 1 500 min -1 erreicht hat, folgt die Antriebsübernahme des Generators per Kopplung mit der Schwungscheibe über eine elek- 30 antriebstechnik 2020/07 www.antriebstechnik.de

KUPPLUNGEN UND BREMSEN Jedes System wird exakt für die Anwendung des Kunden ausgelegt und die Kupplung im Hinblick auf die Anforderungen und langfristige Zuverlässigkeit konfiguriert tromagnetische Kupplung. Der gesamte Prozess dauert etwa zwei Sekunden. Das Dieselaggregat wird so lange zur Versorgung eingesetzt, bis eine den Nennwerten entsprechende Netzspannung wiederhergestellt ist. Dann wird die Anlage wieder mit dem normalen Stromnetz verbunden. Der Dieselmotor stoppt, und das Schwungrad speichert kinetische Energie bis zum nächsten Einsatz. Für viele essenzielle Anwendungen der Industrie und anderer Bereiche ist dieser unterbrechungsfreie Wechsel zwischen Stromnetz und Notstromversorgung unerlässlich, sodass der Markt für dynamische USV sich seit Jahren im Aufwind befindet. KUPPLUNG SYNCHRONISIERT DREHZAHLEN Das Herzstück dieser Baugruppen ist die elektromagnetische Kupplung, die den Dieselmotor mit dem Schwungrad verbindet. Diese muss in der Regel kleinere Drehzahlschwankungen tolerieren, weil die Schwungscheibe beim Antreiben des Generators etwas lang samer wird, bevor der Diesel übernimmt. Das Sortiment der Stromag deckt den Leistungsbereich von 120 bis 3 000 kVA ab mit Ausführungsvarianten für 50 und 60 Hz. Für noch größere Anlagen können mehrere Komponenten miteinander kombiniert werden. Bei bestimmten Anwendungen kann die kinetische Energie der Schwungscheibe zum Starten des Dieselmotors genutzt werden. Jedes System wird exakt für die Anwendung des Kunden ausgelegt und die Kupplung im Hinblick auf die konkreten Anforderungen und langfristige Zuverlässigkeit konfiguriert. Sollte der Dieselmotor einmal nicht von allein anspringen, sind die gespeicherte Energie und vor allem die Kupplung so bemessen, dass der Motor aus dem Stillstand heraus gedreht werden kann. So lässt sich, ausreichenden Kraftstoffvorrat vorausgesetzt, der Motor trotzdem starten, ohne dass die Kupplung durch die erheblichen auftretenden Lasten Schaden nimmt. Die elektromagnetischen Kupplungen der Baureihe MEA haben eine Kupplungsscheibe mit organisch gebundenen Reibbelägen. Zum Einkuppeln wird die Spule über eine 24-V-Gleichspannungsversorgung erregt. Die meiste Zeit, solange Netzspannung und ­frequenz innerhalb akzeptabler Grenzen liegen, ist die dynamische USV ausgekuppelt. Wenn die normale Versorgung jedoch kritisch wird, muss die Kupplung die Drehzahlen von Schwungscheibe und Dieselmotor synchronisieren und dafür sorgen, dass der Generator mit 1 500 min -1 dreht bzw. mit 1 800 min -1 für eine 60-Hz-Versorgung. Von der Zeit, die der Dieselmotor benötigt, um auf seine Betriebsdrehzahl zu kommen, hängt die Drehzahl der Schwungscheibe im Moment des Einkuppelns ab: Je länger dies dauert, desto größer ist die Drehzahldifferenz. Unabhängig der Dauer kann die Stromag- Kupplung selbst das Worst-Case-Szenario eines stillstehenden Dieselmotors bewältigen. Eine unterbrechungsfreie Energieversorgung ist für diese Art der Notstromversorgung ein maßgebliches Kriterium. Dazu kommen geringere Wartungs- und Betriebskosten sowie eine höhere Lebensdauer, mit denen die mechanische USV-Lösung der chemischen, batteriebasierten vielfach den Rang abläuft. Fotos: Aufmacher: Fotolia / Stefan Loss; Einklinker und 01: Stromag www.stromag.com DIE IDEE „Im Bereich USV ist Zuverlässigkeit alles. Komponenten, wie Kupplungen müssen von höchster Qualität spezifiziert und ganz genau auf die jeweilige Anwendung abgestimmt werden. Wir haben sehr viel Erfahrung in der Entwicklung und Herstellung von schaltbaren Kupplungen und Wellenkupplungen für anspruchsvolle Aufgaben, vor allem aber auch in der Zusammenstellung dieser Komponenten zu „Plug-andplay“-Baugruppen. Die Stärke und Zuverlässigkeit der MEA-Baureihe hat sich über viele Jahre bewährt, und sie sind die Hauptgründe für vielfältige industrielle Einsätze.“ Eric Colombani, Key Account Manager EMEA für Mobile Power Equipment, Altra Industrial Motion www.antriebstechnik.de antriebstechnik 2020/07 31