Für hohe Anforderungen For high demands

TECHNICAL SOLUTIONS
Dr.-Ing. Torsten Hellmuth, Product Manager bei Drive Technologies/
Large Drives, Industry Sector, Siemens AG, Erlangen/Germany
Dr.-Ing. Torsten Hellmuth promovierte zum Dr.-Ing. am Institut für Fördertechnik,
Stahlbau und Logistik der Universität „Otto von Guericke Magdeburg“. Von 1993
bis 2008 war er bei der Magdeburger Förderanlagen und Baumaschinen GmbH
(FAM GmbH) im Bereich Angebotsprojektierung und Technik für Schüttgutanlagen
angestellt. Seit 2008 ist er bei der Siemens AG, Division Drive Technologies, im
Bereich Mining/Minerals als Projektingenieur und Produktmanager tätig. Als
Gruppenleiter Bulk Material Handling erarbeitet er kundenspezifische Lösungen
und beschäftigt sich mit der Standardisierung speziell von Antriebskonzepten.
Dipl.-Ing. (FH) Christian Dirscherl, Sales & Account Manager bei Drive
Technologies/Large Drives, Industry Sector, Siemens AG, Erlangen/Germany
Christian Dirscherl (33 Jahre) hat an der Fachhochschule Deggendorf (2000– 2004)
den Diplom-Ingenieur-Studiengang Medieninformatik im Fachbereich Elektrotechnik studiert. Seit 2005 ist Dirscherl bei Siemens im Mining-Umfeld tätig und hat
dort mehrere Tätigkeiten - Globales Marketing, technische Projektleitung, technischer Vertrieb und Global Account Management - übernommen.
Für hohe Anforderungen
For high demands
Getriebelose Antriebe mit Synchronmotoren für Gurtförderer
Zusammenfassung: In vielen Bergbaugebieten ist der Erzgehalt in den Gruben rückläufig.
Die Erschließung neuer Minen findet in entlegenen Gebieten statt, die Gruben werden
tiefer und die Entfernungen größer. Das bedeutet, dass immer mehr Material über große
Strecken transportiert werden muss und dass es neue Herausforderungen für die Fördertechnik gibt. Um die steigenden Volumina und die hohen Anforderungen an die Verfügbarkeit zu bewältigen, stehen bei Gurtförderern neue Antriebs-Technologien zur Verfügung.
Gearless drives with synchronous motors for belt conveyors
Summary: Ore grades are declining in many mining regions. New mines are being developed in remote areas, the pits are getting deeper and the distances longer. Conveyor
technology therefore faces new challenges in providing solutions for transporting ever
larger quantities of material over ever greater distances. But new drive systems have been
developed that now enable belt conveyors to handle these growing volumes of material
and provide the required level of availability.
(Volume 54)
AT MINERAL PROCESSING
07-08/2013
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Gurtförderer mit getriebelosen Antrieben sind eine interessante Alternative: hier eine Antriebsstation der Antapaccay-Mine von Xstrata Copper in
Peru • Belt conveyors with gearless drives offer an interesting alternative: here a drive station of the Antapaccay Mine operated by Xstrata Copper
in Peru
Bereits seit Jahren arbeiten ThyssenKrupp und Siemens beim
Bau der größten Gurtförderer in der Bergbauindustrie zu­
sammen. Eine der Erfolgsgeschichten ist der Abwärtsförderer
der Mine Los Pelambres in Chile, der größte regenerative
Gurtförderer mit Getrieben weltweit. Der Gurtförderer
transportiert Kupfererz über eine Strecke von 12,7 km
aus einer Höhe von 3200 m über dem Meeresspiegel auf
1600 m und erzeugt eine Leistung von bis zu 17 MW. Bei
diesem Abwärtstransport wird Energie gewonnen, die in das
Netz eingespeist und somit anderen Verbrauchern zur Verfü­
gung gestellt wird.
ThyssenKrupp and Siemens have worked together for
years on building the largest belt conveyors for the min­
ing industry. One of their success stories is the downhill
conveyor for the Los Pelambres Mine in Chile, the larg­
est regenerative geared belt conveyor in the world. This
conveyor transports copper ore over a distance of 12.7 km
from an elevation of 3200 m above sea level down to
1600 m and, in so doing, generates up to 17 MW of elec­
trical power. Energy is recovered by this downhill con­
veyor and then fed into the grid so that it can be drawn
by other loads.
Ihre erfolgreiche Zusammenarbeit fortsetzend liefern
ThyssenKrupp und Siemens einen Gurtförderer mit getriebe­
losen Synchronmotoren als Antrieb für die neue Antapaccay­
Mine von Xstrata Copper in Peru. Dieser Gurtförderer trans­
portiert über eine Strecke von ca. 6,5 km Erz von der Mine
zur Aufbereitungsanlage auf einem 1,37 m breiten Band mit
einer Geschwindigkeit von 6,2 m/s. Das Fördersystem wurde
2012 in Betrieb gesetzt; es ist in der Lage, ca. 5260 Tonnen
Material pro Stunde zu transportieren. Das Siemens­An­
triebssystem umfasst zwei langsam laufende Synchronmotoren
mit einer Leistung von je 3800 kW und die dazugehörigen
Direktumrichter Sinamics SL150. Außerdem liefert Siemens
das Motorkühlsystem, die Stromrichtertransformatoren und
die komplette Elektrotechnik für die Antriebsstation. Die
Regelung, die Teil des Lieferumfangs ist, überwacht den
Lastausgleich zwischen den Antrieben und verhindert einen
möglichen Schlupf an den Antriebstrommeln (Bild 1).
Continuing with their successful partnership, Thyssen­
Krupp and Siemens will supply a belt conveyor driven by
gearless synchronous motors for the new Antapaccay Mine
operated by Xstrata Copper in Peru. This conveyor belt is
1.37 m wide and transports ore from the mine to the pro­
cessing plant over a distance of around 6.5 km at a speed
of 6.2 m/s. The conveyor system has gone into operation
in 2012 and is capable of carrying about 5260 metric tons
of material per hour. The Siemens drive system consists
of two slowly running synchronous motors, each with a
power rating of 3800 kilowatts, and the associated Sinam­
ics SL150 cycloconverters. Siemens also supplies the
motor cooling system, the converter transformers, and all
the electrical systems for the drive station. Closed­loop
control is also part of the scope of supply and will improve
the load balance between both motors (Fig. 1).
Getriebelose Antriebe mit Synchronmotoren für Gurtförde­
rer können bei einer erforderlichen Leistung von mehr als
3 MW eine interessante Alternative sein. Die Capex­Kosten
sind ähnlich oder können sogar niedriger sein als bei einer
Getriebelösung. Außerdem ist die Antriebslösung mit Syn­
chronmotoren für das Fördersystem aufgrund ihrer hohen
Verfügbarkeit und Robustheit sowie geringer Betriebs­ und
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Gearless drives with synchronous motors for belt con­
veyors can be an interesting alternative for applications
requiring outputs in excess of 3 MW. The capital expendi­
ture costs are similar to or may even be lower than the
costs for geared motor solutions. Moreover, use of a drive
system with synchronous motors for the belt conveyor can
offer advantages in terms of its high availability, rugged de­
sign, and low operating and maintenance costs. Numerous
AT MINERAL PROCESSING 07-08/2013
(Volume 54)
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Instandhaltungskosten von Vorteil. In Südamerika wird es
in den nächsten Jahren eine Vielzahl sehr großer Überland­
fördersysteme mit Abwärts­ und Aufwärtsförderabschnitten
geben. Für die Bergbauunternehmen wird es in Zukunft
immer wichtiger werden, den Energieverbrauch zu reduzie­
ren und die Zuverlässigkeit zu steigern. Daher sind innova­
tive Antriebslösungen mit Synchronmotoren bei dieser Art
von Fördersystemen eine gute Alternative.
very large overland conveyors with uphill and downhill
conveyor sections will be built in South America in the
coming years. Mining companies will attach ever greater
importance to reducing energy consumption and increas­
ing reliability in the future. For this reason, innovative
drive solutions using synchronous motors offer an attrac­
tive alternative for conveyor systems of this kind.
Getriebelose Antriebstechnik ist nichts Neues im Bergbau­
geschäft. Seit Jahren setzen Bergbauunternehmen getriebe­
lose Antriebe für Schachtförderanlagen, Eimerkettenbagger,
Schürfkübelbagger, Pumpen und Mühlen ein. Während die
Technologie ähnlich ist, sind die Gegebenheiten allerdings
unterschiedlich. Ähnlich wie Mühlen benötigen Gurtförde­
rer ein hohes Anlaufmoment, besonders im Aufwärtsförder­
betrieb. Antriebe mit Synchronmotoren unterstützen Berg­
bauunternehmen dabei, die Effizienz mit höchster Zuverläs­
sigkeit und geringem Instandhaltungsaufwand zu steigern.
Bereits 1985 installierten ThyssenKrupp und Siemens eine
Bandförderanlage mit Synchronmotoren und Direktumrich­
tern. Ingenieure bei der RAG Deutsche Steinkohle waren
fest überzeugt von der Umrichtertechnologie und beschlos­
sen, sie im Untertagebau im Bergwerk Prosper­Haniel in
Bottrop einzusetzen. Mehr als ein Vierteljahrhundert später
befinden sich die Bandantriebe immer noch in Betrieb – zur
vollen Zufriedenheit des Kunden. Das Fördersystem weist
eine Verfügbarkeit von mehr als 99 % auf.
Gearless drive systems, however, are nothing new in the
mining business. For many years, mining companies have
used gearless drives for shaft hoisting systems, bucket­
chain excavators, draglines, pumps and grinding mills.
While the technology is similar, it differs in certain re­
spects to systems used for conveyor applications. Similar
to grinding mills, belt conveyors require a high starting
torque, especially for uphill conveyor operation. Drives
with synchronous motors are exceptionally reliable and
help mining companies to increase efficiency and cut
maintenance costs. ThyssenKrupp and Siemens teamed
up as early as 1985 to install a conveyor belt system with
synchronous motors and cycloconverters. Engineers at
RAG Deutsche Steinkohle had complete confidence in
the converter technology and decided to use it in the
Prosper­Haniel deep­shaft mine in Bottrop. Today, more
than quarter of a century later, those belt drives are still
in operation – to the complete satisfaction of the client.
And the availability rating of that conveyor system is more
than 99 %.
Das Management der RAG bemerkt dazu Folgendes: Es gab
keine signifikanten Betriebsunterbrechungen oder Ausfälle
aufgrund der Motoren und Umrichter; es gab messbare Ein­
sparungen von elektrischer Energie.
The management of RAG report the following: No signifi­
cant disruptions to operations or outages have been caused
by the motors or converters. The savings in electrical power
are considerable.
Lange Förderanlagen mit hohen Förderleistungen und signifi­
kanten Höhenunterschieden erfordern eine beträchtliche An­
triebsleistung. Steigt die erforderliche Leistung auf über 3 MW
pro Antriebstrommel, so sind Antriebe mit Synchronmotoren
für den Gurtförderer eine interessante Alternative. Antriebs­
konfigurationen für große Fördersysteme mit Getriebe errei­
chen hier ihre Grenzen als Einzelantrieb (Bild 2).
High­capacity belt conveyor systems which transport mate­
rial over long distances and a major elevation drop call for a
substantial power rating. Where the required rating exceeds
3 MW per head pulley, drives with synchronous motors
offer an interesting alternative for driving the belt conveyor.
Drive configurations for large geared conveyor systems are
at their limit when required to deliver this rating as a single
drive (Fig. 2).
Das Antriebssystem mit Synchronmotor kann auch anstatt mit
einem Direktumrichter mit einem Spannungszwischenkreis­
Umrichter Sinamics SM150 betrieben werden. Bei Abwärts­
förderbetrieb können die Antriebe im Generatorbetrieb laufen
und so die Mine mit zusätzlicher elektrischer Energie versor­
The drive system with synchronous motor can be operated
with a Sinamics SM150 voltage­source DC­link converter
instead of a cycloconverter. In downhill conveyor operation,
the drives can operate as generators and so supply the mine
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gen. Beide Umrichtertypen können im regenerativen Betrieb
benutzt werden. Lieferer von Fördergurten sind auch in der
Lage, stärkere Gurte (ST­10.000) zu fertigen, die die zur Verfü­
gung gestellten hohen Antriebskräfte auch übertragen können.
Eine geringere Zahl von Antriebssystemen mit Synchronmo­
tor ersetzt viele herkömmliche Antriebe: Diese Formel macht
längere und leistungsstärkere Fördersysteme möglich. Weniger
Komponenten bedeutet, dass die Antriebsstationen einen
geringeren Platzbedarf haben. Des Weiteren können zum
Beispiel Gurtförderer und somit Übergabestellen eingespart
werden, da längere Gurtförderer möglich sind. Bei Untertage­
oder Tunnel­Projekten wird zum Beispiel die Anzahl teurer
Kavernen für Übergabestellen minimiert.
Die Antriebslösung mit Synchronmotor besitzt demnach
gegenüber der Getriebetechnologie eine ganze Reihe von
Vorteilen. Das beginnt mit der höheren Anlagenverfügbarkeit
bzw. einem geringeren Stillstandsrisiko durch ein Minimum an
Komponenten im Antriebsstrang. Die Antriebstechnologie mit
Synchronmotor besitzt ferner eine höhere Energieeffizienz. Es
lassen sich auf diese Weise längere Fördersysteme mit weniger
oder kleineren Antriebsstationen und einer reduzierten Anzahl
von Kavernen bei Untertage­Anwendungen bauen. An der
Antriebstrommel liegt eine höhere Leistung an. Der Instand­
haltungsaufwand wird durch die Reduzierung mechanischer
Bauteile verringert. In der Folge werden weniger Ersatzteile
benötigt und damit ein geringerer Lagerbestand. Zu guter
Letzt verringert die Reduzierung mechanischer Komponen­
ten die Geräuschemissionen.
Die Direktantriebe für
Gurtförderer stellen für
den beschriebenen Leis­
tungsbereich den aktu­
ellen Stand der Technik
dar. Speziell die Um­
richtertechnologie er­
möglicht es, die Antriebe
noch effizienter an die
jeweiligen Anforderun­
gen und Betriebszustän­
de des Gurtförderers an­
zupassen.
Für die Vielzahl von
Gurtförderern im Leis­
tungsbereich
unter
3 MW behalten die be­
währten Lösungen mit
Getriebe nach wie vor
ihre grosse Bedeutung.
Auch hier kann der
verstärkte Einsatz von
Umrichtern zu deutli­
chen Verbesserungen im
Zusammenwirken zwi­
schen elektrischem An­
trieb und mechanischen
Komponenten des Gurt­
förderers führen.
Die erforderlichen Förderleistungen sind in den letzten Jahren gestiegen. Das zeigt sich an den Dimensionen der eingesetzten Motoren:
im Bild der Rotor eines Synchronmotors für eine Bandanlage • The
capacity requirements of conveyors have risen in recent years. This is
evident from the dimensions of the motors used: here the rotor of a
synchronous motor for a conveyor belt system
with additional electrical power. Both converter types are
capable of regenerative operation. Conveyor belt suppliers
can also manufacture stronger belts (ST­10,000) that can
withstand higher stresses resulting from the higher propul­
sion forces.
A small number of drive systems with synchronous motors
can replace a large number of conventional drives: i.e. this
formula makes it possible to install longer, higher­capacity
conveyor systems. With fewer components, the drive stations
have a smaller footprint. Longer belt conveyors also make it
possible to reduce, for example, the number of belt convey­
ors and transfer points. In underground or tunnel projects,
for instance, the number of expensive caverns for transfer
points can be minimized.
The drive solution with synchronous motor thus offers a
whole array of benefits by comparison with geared­motor
solutions. These begin with the increased plant availabil­
ity or lower outage risk thanks to the minimal number of
components in the drive train. Drive technology with syn­
chronous motor is also much more energy­efficient. It is
thus possible to build longer conveyor systems with fewer or
smaller drive stations and to reduce the number of caverns
required for underground applications. The power at the
head pulley is higher. The reduced number of mechanical
components means lower maintenance costs. Consequently,
fewer spare parts are required, which helps to reduce the
spare parts stock. And, last but not least, fewer mechanical
components also means reduced noise emissions.
The direct drives for belt conveyors represent the cur­
rent state of the art for the power range in question. The
converter technology in particular enables the drives to be
adapted all the more efficiently to the specific requirements
and operating states of the belt conveyor.
The large number of belt conveyors in the power range
below 3 MW are still best served by the tried­and­tested
solutions with geared motors. But even in this field of ap­
plication, the increased use of converters can significantly
improve the interaction between the electric drive and the
mechanical components of the conveyor.
AT MINERAL PROCESSING 07-08/2013
(Volume 54)