5 minAntriebstechnikVeröffentlicht am 4. Juli 2023

Antriebstechnisch State of the Art

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Moderne DCS880-Stromrichter von ABB regeln im Warmbandbereich von Aluminium Norf große Gleichstrommotoren von drei Walzgerüsten. Die DCS880 lassen sich ausgangsseitig parallel zusammenschalten, um den Ausgangsstrom zu vervielfachen. Als weltweit einzige Stromrichter bieten sie außerdem standardmäßig die zertifizierte Sicherheitsfunktion Safe Torque Off (STO).

Auch wenn es nicht draufsteht, findet sich in jedem Haushalt vermutlich etwas von Aluminium Norf, kurz Alunorf. So wird rund jede zweite Getränkedose in Europa in dem Aluminiumschmelz- und Walzwerk von Alunorf in Neuss (Nordrhein-Westfalen) vorproduziert. Darüber hinaus spielen die Produkte von Alunorf etwa als Bestandteile von Elektroautos, Windrädern oder Photovoltaikanlagen eine wichtige Rolle in der Energie- und Mobilitätswende.

Das Werk in Neuss umfasst drei große Produktionsbereiche: das Aluminiumschmelzwerk den Warmbandbereich und den Kaltbandbereich. Im Schmelzwerk werden aus Kreislaufmetall, Primäraluminium und Legierungselementen die Chargen zusammengestellt, aufgeschmolzen und schließlich Barren mit unterschiedlichsten Legierungen gegossen. Diese werden anschließend im Warm- und Kaltbandbereich nach Kundenanforderung zu Aluminiumbändern gewalzt und besäumt. Im letzten Schritt werden die Aluminiumbänder auf verschiedene Breiten zugeschnitten und auf Coils aufgewickelt. Rund 150.000 Coils verlassen im Jahr das Werk und werden zur Weiterverarbeitung an unsere Partnerwerke von Speira und Novelis sowie deren Kunden verschickt.  

In einer Fertigungsstraße im Warmbandbereich mit drei Walzgerüsten mit je einem Motor pro Gerüst wurden in den Jahren 2021 und 2022 die bestehenden Stromrichter eines Vorlieferanten durch moderne Stromrichter DCS880 von ABB ausgetauscht. Grund für die Modernisierung war die Abkündigung der installierten Stromrichter. Dies hatte zur Folge, dass keine Serviceleistungen und Ersatzteile für die Geräte mehr verfügbar waren.

Die alten DC-Stromrichter wurden komplett ausgetauscht. Die vorhandenen Leistungskabel werden weiter genutzt. (Bild: Alunorf)

Bewährtes Konzept

Mit der Wahl für DC-Antriebstechnik von ABB haben sich die Verantwortlichen bei Alunorf für ein bewährtes Konzept entschieden. Denn der Technologiekonzern konnte bereits beim Vorgängerprojekt an der Warmbandvorstraße eine Referenz in der gleichen Leistungsklasse vorweisen. Henning Römer, Elektroingenieur bei Alunorf, betont: „Mit den DCS880 haben wir im Vorprojekt bereits sehr gute Erfahrungen gemacht.“  

Nur sehr wenige Hersteller können Stromrichter in der erforderlichen Leistungsklasse anbieten. Eine besondere Herausforderung in technischer Hinsicht stellt die Ausführung der Stromrichter in 3-fach-Hart-Parallel-Konfiguration dar. Die Lieferung von ABB umfasste drei Anker-Stromrichter DCS880-A02 in 3-fach-Hart-Parallel-Ausführung mit einem Dauerstrom je System von 9.600 A bei 1.000 V sowie drei Feld-Stromrichter DCS880-A01 (550 A Dauerstrom). Die zu regelnden Motoren haben eine Leistung von jeweils 5,5 MW (6.000 A Nennstrom, 960 V Motorspannung). Die DCS880-Ausrüstung ist ausgelegt für 9,6 kA Dauerstrom je Motor. 

Stromrichterlösung überzeugt

Die technisch besondere Ausführung der Stromrichterlösung, insbesondere die Hart-Parallel-Schaltung in dieser Dauerstrom-Größenordnung, haben den Kunden überzeugt. Die Stromrichter der Produktfamilie DCS880 lassen sich ausgangsseitig parallel zusammenschalten, um den Ausgangsstrom zu vervielfachen. Bis zu vier Stromrichter lassen sich in dieser Konfiguration zusammenschalten. Angesteuert werden die Einheiten über optische Verbindungen (LWL). 

Teil des Auftrags waren des Weiteren die Auslegung, Konstruktion und Lieferung sowie die Montageüberwachung und Inbetriebnahme der neuen Stromrichter als Schaltschranklösung, die auf die Kundenbedürfnisse und Gegebenheiten auf der Kundenanlage zugeschnitten ist. Eine Standardlösung war aufgrund der Komplexität und Platzverhältnisse nicht anwendbar. 

„Die Aufgabe bestand darin, die neue DCS880-Anlage in einem bestehenden Schalthaus zu errichten. Ferner mussten die vorhandenen rund 330 Leistungskabel eingebunden und für die neuen Signalkabel ein Detail-Engineering durchgeführt werden“, erklärt Henning Römer. 

Die größte Herausforderung war die Sonderkonstruktion des Schienensatzes unter Berücksichtigung der Lage der existierenden und nicht zu verändernden Leistungskabelanschlüsse. Die Lage der Anschlüsse von allen Leistungskabeln musste beibehalten werden. 

Integrierte Sicherheit bis SIL 3/PLe 

Die Stromrichter der Serie DCS880 weisen das höchste Leistungs-Größen-Verhältnis auf dem Markt auf. Die installierten Geräte bei Alunorf bieten durch die integrierte STO-Funktion einen besonderen Vorteil. Für hohe funktionale Sicherheit ist der DCS880 als weltweit einziger Stromrichter mit der standardmäßig zertifizierten zweikanaligen Funktion „Sicher abgeschaltetes Drehmoment“ (Safe Torque Off, STO) ausgestattet. Während bei Frequenzumrichtern STO heutzutage ein Standard-Feature ist, hat ABB mit dem DCS880 diese Sicherheitsfunktion für Stromrichter in den Modernisierungs-Markt gebracht.

Oliver Biell, Projektmanager ABB, und Henning Römer, Projektleiter Alunorf, vor der neuen DCS880-Anlage (von links). (Bild: Alunorf)

Dank STO kann auf Schaltelemente im Leistungskreis, wie zum Beispiel Schütze, zum sicheren Halt des Motors verzichtet werden. Die Sicherheitsfunktion sperrt die Zündimpulse der Leistungshalbleiter und verhindert so, dass der Stromrichter ein Drehmoment für den Motor aufbaut. Sie reduziert auch die Notwendigkeit externer Sicherheitseinrichtungen, was die Konfiguration vereinfacht und weniger Platz für die Installation erfordert. Die STO-Funktion des DCS880 ist nach EN/IEC 61800-5-2 ausgeführt und entspricht den Anforderungen der EU-Maschinenrichtlinie. Sie erreicht das hohe Sicherheitslevel SIL 3 und PL e. 

Henning Römer nennt wichtige Vorteile des ABB-Systems: „Wir sind jetzt antriebstechnisch State of the Art und können Ersatzteile problemlos erwerben. In punkto Sicherheitstechnik sind wir ebenfalls auf dem aktuellen Stand. Hinzu kommt, dass wir mithilfe des ABB-Antriebssystems diverse Messsysteme neu einbinden können.“ 

ABB hat dem Kunden die Antriebstechnik termingerecht geliefert und sie im vierten Quartal 2022 in Betrieb genommen. Mit dem DCS880 steht Alunorf ein robuster Stromrichter für raue Umgebungen zur Verfügung, der sich durch Belastbarkeit und eine hohe Verfügbarkeit auszeichnet. Seit der Inbetriebnahme laufen die DC-Antriebe störungsfrei.

Über Aluminium Norf

Aluminium Norf GmbH (Alunorf) ist ein Joint Venture der Speira GmbH und der Novelis Deutschland GmbH. Der Standort produziert ausschließlich für seine Partner, die das Vormaterial an ihren Standorten in der ganzen Welt weiterverarbeiten. Das größte Aluminiumschmelz- und Walzwerk der Welt ist führend in der Herstellung von warm- und kaltgewalzten Aluminiumbändern. Rund 1,5 Millionen Tonnen gewalztes Aluminium verlassen jährlich das Werk, aus dem zum Beispiel Dosen, Folien, Offset-Druckplatten und Automobilteile gefertigt werden.