Energiesparende Technologien neuer Generation für mobile Brech- und Siebanlagen

Bei einer mobilen Brech- und Siebanlage sinken Stromrechnung oder Dieselverbrauch des Generators nicht, weil eine einzelne Maschine „effizient“ ist. Den Verbrauch bestimmt die ganze Kette: wie gut der Generator zur Anlagenlast passt, wie viel Motorleistung im Verhältnis zur Tonnage am Brecher installiert ist, wie viel des aufgegebenen Materials gar nicht gebrochen werden müsste, wie groß die Rücklaufmenge vom Sieb ist und wie lange die Linie leer läuft. Dieser Beitrag verspricht keine Einsparprozente. Mit Katalogdaten von General Makina zeigen wir die Mechanismen, die den Energiebedarf tatsächlich steuern, und für jeden davon, welche Wahl unter welchen Bedingungen sinnvoll ist.

Generatorleistung nach der realen Anlagenlast auslegen

In einem netzfernen Steinbruch werden alle Motoren der Anlage aus einem einzigen Aggregat gespeist. Die erste Energieentscheidung fällt deshalb vor dem Brecher: bei der Generatorgröße. Ein zu kleines Aggregat führt beim Anlauf des größten Motors zu Spannungseinbrüchen und auslösenden Schutzorganen; ein zu großes läuft die ganze Schicht über mit einem kleinen Bruchteil seiner Nennleistung. Ein Dieselmotor verbraucht im Teillastbereich mehr Kraftstoff je erzeugter Einheit Strom. Richtig ist eine Leistung, die die Dauerlast sicher abdeckt, während die Anlaufspitze über sequenzielles Zuschalten beherrscht wird.

Die Katalogwerte zeigen, dass die Generatorleistung nicht allein mit der Tonnage wächst. In der Tabelle erhalten Anlagen desselben Leistungsbereichs unterschiedliche Aggregate; den Unterschied machen die Brecherkombination und die Feinheit der Brechstufe.

Zwei Zeilen sind besonders aufschlussreich. General 944 und General 950 arbeiten im selben Bereich von 120-180 t/h; die 944 mit Kegelbrecher als Nachbrecher erhält 550 kVA, die 950 mit Prallbrecher als Nachbrecher 600 kVA. Die GNR-MVSI 900 hat mit 90-180 t/h eine der niedrigsten Tonnagen der Tabelle, trägt aber mit 850 kVA das stärkste Aggregat der Gruppe, weil sie als Tertiärstufe 50 mm Aufgabegut zu 0-20 mm Sand verarbeitet. Der Leistungsbedarf hängt also ebenso von der Frage „wie fein breche ich“ ab wie von „wie viele Tonnen“. Die mobile Backenbrechanlage GNR-MC110 mit Doppelchassis bietet hier eine besondere Flexibilität: Primär- und Sekundärgruppe können unabhängig arbeiten, sodass das Sekundärchassis in Phasen reiner Vorbrechung abgeschaltet bleiben kann. Liegt der Standort nahe am Netz, ist zu beachten, dass Siebanlagen wie die GNR ME2060 im Katalog mit „Generator oder Netz“ angegeben sind.

Brechermotorleistung im Verhältnis zur Leistung: wie viele kW je Tonne?

Die installierte Brecherleistung durch die stündliche Tonnage zu teilen, ist der einfachste Weg, Modelle auf dieselbe Waage zu legen. Dieses Verhältnis ist kein Verbrauch; es zeigt, wie viel Motorleistung ein Brecher je Tonne mitbringt, und macht deutlich, dass eine Anlage am unteren Ende ihres Bereichs denselben Motor für weniger Produkt einsetzt. Die folgenden Werte sind aus Katalogdaten berechnet (kW geteilt durch unteres und oberes Ende des Leistungsbereichs, auf zwei Dezimalstellen gerundet).

Die Entscheidungsregel ist eindeutig: Derselbe Motor am unteren Ende des Bereichs verdoppelt nahezu die installierte Leistung je Tonne. Der raupenmobile Prallbrecher GM 100 trägt bei 100 t/h 1,60 kW je t/h, bei 180 t/h sinkt der Wert auf 0,89. Eine Anlage „für später“ weit über den Bedarf hinaus zu wählen, heißt also, dass Motor und Generator lange im Teillastbereich laufen. Umgekehrt läuft ein zu kleines Modell an der Grenze dauerhaft überlastet und erzeugt Stillstände und Verschleiß. Der richtige Punkt liegt dort, wo das reale Tagesziel im mittleren bis oberen Teil des Modellbereichs liegt.

Aufgeber und Rost: Material, das nicht gebrochen werden muss, vom Brecher fernhalten

Das Rohhaufwerk enthält Feinanteile in Produktgröße sowie Erde und Lehm. Gelangt dieser Anteil in den Brechraum, verbraucht der Motor Leistung, um bereits fertiges Material zu bewegen und zu verdichten, und die Verschleißteile nutzen sich unnötig ab. Ein Vibrations-Rostaufgeber mit Grizzly-Vorabsiebung leitet diese Feinanteile durch den Rost am Brecher vorbei; der Katalogtext beschreibt diese Funktion ausdrücklich als Wegfall unnötiger Brechenergie. Derselbe Aufgeber führt grobes Gestein gleichmäßig in das Brechermaul und hält den Brecher voll beschickt.

Die Motorleistung des Aufgebers selbst ist klein: 2x3 kW beim Rostaufgeber GNR 60, 2x9,2 kW beim GNR 140. Im Vergleich zur Last auf der Brecherseite erklärt das, warum die Vorabsiebung der erste Ansatzpunkt ist. Bei den Raupenmodellen ist dieselbe Logik Serienausstattung: Die GM 100 hat einen Aufgeber 900×2400 mm (2×2,6 kW) mit Rost 1000×1500 mm, die GM 125 einen Aufgeber 1100×2600 mm (2×3,2 kW) mit Rost 1360×2160 mm. Ist das Material lehmig und klebrig, setzt sich der Rost zu und verliert seine Vorabsiebwirkung; für solche Standorte nennt der Katalog den Wobbler-Aufgeber GWB1136 (18,5 kW) mit Motor-Getriebe-Ketten-Antrieb. In der Sekundärstufe überträgt der DMK-Typ mit Vorsieb dasselbe Prinzip eine Stufe tiefer und trennt fertiges Feingut ab, bevor es den Brechraum erreicht.

Brecher passend zum Gestein und der Rücklauf im geschlossenen Kreislauf

Ein falscher Brechertyp verbraucht leise Energie. In Kalkstein und wenig abrasivem Gestein liefert ein Prallbrecher in einer Stufe hohe Zerkleinerung und kubisches Korn; in hartem, abrasivem Gestein wie Basalt und Granit arbeiten Backenbrecher als Vorbrecher und Kegelbrecher als Nachbrecher mit längerer Standzeit der Verschleißteile. Ein Prallbrecher in Hartgestein bedeutet häufigen Teilewechsel und sinkende Tonnage; eine schwere Backen-Kegel-Kombination in weichem Gestein bedeutet mehr installierte Leistung als nötig. Details dazu im Beitrag Prallbrecher oder Backenbrecher: Auswahlkriterien.

Im geschlossenen Kreislauf wird das Überkorn vom Sieb zum Rotor zurückgeführt und erneut gebrochen, bis es die Zielgröße erreicht. Der Kreislauf sichert die Produktqualität, aber jede zurückgeführte Tonne ist Last, die Brecher und Bänder ein zweites Mal tragen. Drei Ursachen vergrößern den Rücklauf: eine für das Zielprodukt zu weite Brechereinstellung, verstopfte Siebmaschen und eine für die Tonnage zu kleine Siebfläche. An Standorten mit Verstopfungsproblemen ist das Schwingsieb GNRTK mit verstellbarem Hub ein gutes Beispiel: Sein Dreiwellenantrieb erzeugt einen einstellbaren Ovalhub, und laut Katalog verringert es Maschenverstopfung und hält den Rücklauf niedrig. Das GNRTK-1550 arbeitet mit 1500×5000 mm Siebfläche und 22-kW-Motor, das GNRTK-2060 mit 2000×6000 mm und 30 kW.

Automatisierung: sequenzielles Anfahren und Motorlastüberwachung mit SPS/SCADA

Als Technologien „neuer Generation“ gelten in diesem Beitrag nur die im Katalog klar beschriebenen Steuerungslösungen. Das Automatisierungs- und Steuerungssystem legt Anfahrreihenfolge, Verriegelungen und Abschaltszenarien in einer SPS fest; auf dem SCADA-Bildschirm in der Kabine werden Betriebszustand, Stromaufnahme und Alarme jeder Maschine live angezeigt. Im Motorkontrollzentrum gleichen Anlasser, Frequenzumrichter (VFD) und Schutzrelais Aufgebergeschwindigkeit und Brecherlast automatisch aus.

Warum spielt sequenzielles Anfahren für die Energie eine Rolle?

Die Maschinen werden entgegen dem Materialfluss zugeschaltet, also vom Haldenband bis zum Aufgeber. So ziehen nicht alle Motoren gleichzeitig Anlaufstrom, und der Generator muss nicht für eine kurze Spitze überdimensioniert werden. Stoppt eine Maschine, halten alle vorgelagerten Stufen automatisch an; Anläufe auf beladenen Bändern und Bandverstopfungen werden vermieden. Touchpanel, Sanftanlauf, Frequenzregelung und Fernüberwachung, die bei der General 01 optional angeboten werden, sind die Einzelmaschinen-Variante dieses Ansatzes.

Wie steuert die Motorlastüberwachung den Aufgeber?

Nähert sich der Brecherstrom dem Grenzwert, wird die Aufgebergeschwindigkeit automatisch gesenkt; normalisiert sich der Strom, wird die Aufgabe wieder erhöht. Das verhindert, dass der Brecher unter Überlast stehen bleibt und der folgende Zyklus aus Leerräumen und Neustart beginnt. Dieselben Daten wirken auch umgekehrt: Bleibt der Strom lange niedrig, läuft der Brecher unterversorgt und die Motorleistung dreht ins Leere. Die Automatisierung lässt sich auch an bestehenden Anlagen nachrüsten.

Leerlauf reduzieren; Band- und Siebwartung

Der Teil der Energie, der nicht zu Produkt wird, steckt meist in leer laufenden Maschinen: ein Brecher, der auf Lkw wartet, Bänder ohne Material, ein Sieb, das bei voller Halde weiterläuft. Am praktischsten misst man das über die Stromprotokolle im SCADA. Auf der Wartungsseite bestimmen Breite, Neigung und Geschwindigkeit die Förderleistung eines Bandes; falsche Neigung oder Breite führt zu Überlauf, Schlupf, Verschleiß und Stillstand. Festsitzende Rollen, ein verlaufendes Band und verschmutzte Abstreifer lassen den Motor gegen unnötigen Widerstand arbeiten.

Diese Checkliste zu Schichtbeginn und bei der Wochenwartung abarbeiten:

• Zeiten im SCADA-Stromverlauf markieren, in denen der Brecher mit niedrigem Strom lief; das sind Aufgabeunterbrechungen oder Probleme in der Lkw-Planung.
• Den Rost des Aufgebers auf Verstopfung und Lehmansatz prüfen; ein zugesetzter Rost schickt Feingut in den Brecher.
• Siebmaschen auf Verstopfung und gerissene Drähte prüfen; Verstopfung vergrößert den Rücklauf.
• Brechereinstellung mit dem Zielprodukt abgleichen; eine verschleißbedingt geöffnete Einstellung bringt mehr Überkorn zurück.
• Trag- und Unterrollen auf freien Lauf und Abstreifer auf saubere Bandreinigung kontrollieren.
• Schieflauf- und Drehzahlwächter testen; das sichere sequenzielle Abschalten hängt davon ab.
• Die Dauerlast des Generators über die Schicht protokollieren; bei anhaltender Teillast die Aggregatgröße neu bewerten.

Häufige Fragen

Welche Maschine verbraucht auf einer mobilen Anlage die meiste Energie?

Nach installierter Leistung ist der Brechermotor mit Abstand der größte Posten, etwa 200 kW bei der GM 125 und 315 kW beim M-PDK01. Jede Maßnahme, die die Last am Brecher verringert, also Vorabsiebung über den Rost, richtige Einstellung und geringer Rücklauf, wirkt daher am direktesten auf den Gesamtverbrauch.

Ist ein großer Generator nicht die sichere Wahl?

Er bietet Anlaufreserve, aber ein Dieselaggregat, das während der Produktion im Teillastbereich läuft, verbraucht je Einheit Strom mehr Kraftstoff. Richtig ist, vom im Katalog je Modell angegebenen kVA-Wert auszugehen und die Stromspitze über sequenzielles Anfahren zu beherrschen.

Kann meine bestehende Anlage automatisiert werden?

Ja. Das Automatisierungs- und Steuerungssystem lässt sich an bestehenden Brech- und Siebanlagen nachrüsten. Für ein Angebot genügen Anlagentyp, Geräteliste und Leistung.

Welche Investition erfordert Energieeinsparung?

Das hängt von der vorhandenen Ausrüstung, den zu ergänzenden Maschinen und dem Automatisierungsumfang ab und lässt sich nicht mit einer Zahl beantworten. Mit Ihrem Fließbild und Produktionsziel werden Umfang und Preis projektbezogen erstellt.

Fazit und Angebot

Auf einer mobilen Anlage wird der Energiebedarf beherrscht durch einen richtig ausgelegten Generator, einen Brecher im richtigen Teil seines Leistungsbereichs, Feingut, das gar nicht erst in den Brecher gelangt, einen kleinen Rücklauf und eine per SPS/SCADA sequenziell gesteuerte Linie. General Makina baut seit 1976 Brech- und Siebanlagen und liefert sie mit 1 Jahr Garantie. Senden Sie uns Material, Zielprodukte und Tagestonnage über unsere Kontaktseite; wir erstellen Ihr Angebot passend zu Modell und Aggregat.