Kraft schafft Süßkraft

Antriebstechnik

Frequenz Umrichter – Die Zuckerherstellung erfordert leistungsstarke Zentrifugen. Wassergekühlte Umrichter sorgen für einen effizienten Antrieb.

02. November 2011

Einer der bedeutendsten Zuckerhersteller Deutschlands ist das mittelständische Familienunternehmen Pfeifer & Langen mit Hauptsitz in Köln. Im Jahr 2010 produzierte die Unternehmensgruppe mit 2.300 Mitarbeitern in Fabriken in Deutschland, Polen und Rumänien rund 1,2 Millionen Tonnen Zucker aus Zuckerrüben und erzielte damit einen Umsatz von mehr als einer Milliarde Euro. Da die Produktion erntebedingt ein Saisongeschäft ist, ist in den Erntemonaten absolute Effizienz gefragt. So benötigt der Produktionsprozess bei Pfeifer & Langen von der Anlieferung der Rüben bis zum fertigen Kristallzucker im Durchschnitt weniger als acht Stunden. Dabei werden die Rüben nach der Anlieferung zunächst zu Schnitzeln zerkleinert, in der Schnitzelmaschine vorgewärmt und in den Extraktionsturm befördert, wo sich der Zucker in 70 Grad Celsius heißem Wasser aus den Rübenzellen löst. Nach der Zugabe von Kalk und Kohlensäure entsteht aus dem so gewonnenen Rohsaft der klare Dünnsaft mit rund 16 Prozent Zuckergehalt. Dieser wird in mehreren Stufen eingedickt, bis am Ende der goldbraune Dicksaft mit rund 67 Prozent Zuckergehalt entsteht. Dieser Dicksaft wird gekocht, bis sich Kristalle bilden, die schließlich durch Zentrifugieren vom Saft getrennt werden. Was zuletzt übrig bleibt, sind die glasklaren Zuckerkristalle.

Entscheidend für eine effiziente Produktion ist die Leistungsfähigkeit der Zentrifugen, schließlich muss deren schwerer Rotor innerhalb von drei Minuten auf eine Drehzahl von 87 Hertz beschleunigt und wieder abgebremst werden. Aufgrund des hohen Trägheitsmoments der Zuckerzentrifugen erfordert das Beschleunigen der Antriebe einen enormen Energieeinsatz mit sehr hohen Strömen und damit eine effektive Antriebssteuerung. Im Werk Euskirchen des Zuckerherstellers dienten dazu bisher luftgekühlte Frequenzumrichter, deren Energieeffizienz jedoch nicht mehr den heutigen Ansprüchen genügte. Als die Umrichter altersbedingt ausgetauscht werden mussten, suchte Pfeifer & Langen deshalb neue Umrichter, die eine kostengünstigere Produktion ermöglichen.

Wasserkühlung bietet Vorteile

Gefordert wurden Vier-Quadranten-Antriebe mit sinusförmiger Netzrückspeisung in luftgekühlter Ausführung. Sehr schnell waren die Kölner jedoch von einem Alternativkonzept überzeugt, das der finnische Umrichterspezialist Vacon vorlegen konnte. Die Finnen empfahlen den Umstieg auf ein wassergekühltes System auf Basis ihrer Umrichterbaureihe NXP, das neben der hohen Leistungsfähigkeit vor allem auch deutliche Energieeinsparpotenziale verspricht, weil die Klimatisierung des Schaltraumes entfällt. So benötigen die Wärmetauscher lediglich eine Umwälzpumpe für den Wasserkreislauf, die mit einer Gesamtleistung von 1,5 Kilowatt auskommt. Gegenüber den wenig effizienten Klimaanlagen amortisieren sich deshalb die Investitionen für die Wärmetauscher für drei Zentrifugen in Höhe von insgesamt 35.000 Euro in kurzer Zeit durch die eingesparten Energiekosten.

Raumgewinn und Sicherheit

Ein weiterer Vorteil der Wasserkühlung ist die kompakte und platzsparende Bauweise, weil keine großen Lüftungsanlagen und -leitungen benötigt werden. Dabei sind alle Komponenten, die eine Kühlung benötigen, mit Kühlkörpern aus Aluminium verbunden. Als Kühlflüssigkeit dient gewöhnliches Trinkwasser, das etwa 95 Prozent der Verlustleistung abführt, sodass als willkommene Nebenwirkung zudem auch die Luft im Anlagenraum kühl bleibt. Darüber hinaus vermindert der interne Kühlkreislauf mit seiner geringen Menge an Kühlflüssigkeit zwischen Wärmetauscher und Frequenzumrichter das Risiko von Überflutungen im Schaltraum im Falle von Leckagen.

Die Umrichterbaureihe NXP ermöglicht die präzise Regelung von Drehzahl und Drehmoment und bewältigt dabei auch das extreme Anlaufmoment für die Zuckerzentrifugen. Zudem regeln die Umrichter auch die Rückspeisung der frei werdenden Energie ins Netz beim Abbremsen der sechs Zuckerzentrifugen mit mehr als 600 Ampere nach dem Schleudergang durch vorgeschaltete LCL-Filter. Die Frequenzumrichter gewährleisten dabei eine sinusförmige Netzrückspeisung mit einem Gesamtklirrfaktor THD von weniger als fünf Prozent.

Modular und maßgeschneidert

Die wassergekühlten Frequenzumrichter im Pfeifer & Langen-Werk Euskirchen sind Bestandteil der modular aufgebauten NXProduktreihe. Die Ausstattung mit speziell für Wasserkühlung konzipierten Leistungsteilen ermöglicht dabei die Entwicklung einer extrem kompakten Geräte-Reihe. Die wassergekühlten Frequenzumrichter sind in sechs Gehäusegrößen verfügbar, die das gesamte Leistungsspektrum der Baureihe abdecken.bt

Auf einen Blick

-Die finnische Vacon-Gruppe entwickelt, produziert und vermarktet weltweit Frequenzumrichter für alle Branchen der Industrie.

-Das Produktangebot umfasst luft- und wasser-gekühlte Frequenzumrichter im Spannungsbereich zwischen 115 und 690 Volt AC mit Leistungen von 0,25 Kilowatt bis 5,3 Megawatt.

-Neben der Zentrale in Vaasa betreibt das Unter-nehmen Produktionswerke in Suzhou (China), Chattanooga (USA) und Naturns (Italien).

Erschienen in Ausgabe: 08/2011