Getriebe Gigantische Kräfte: Industriegetriebe für Tagebau-Großgerät

Redakteur: Ute Drescher

Die Grundstoffindustrie spielt weltweit eine strategische Rolle. Für den chilenischen Kupfertagebau Radomiro Tomic fertigt FAM einen speziellen Schaufelradbagger, den größten seiner Art weltweit. Mit 1.000 kW Antriebsleistung kann sein Schaufelrad ein Nenndrehmoment von 2100 kNm aufbringen. Diese gigantische Kraft wird durch Industriegetriebe von SEW-Eurodrive übertragen.

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Rücklader für gelaugtes Kupfererz – hier in einer früheren, kleineren Ausführung
Rücklader für gelaugtes Kupfererz – hier in einer früheren, kleineren Ausführung
(Bild: FAM)

Vierte Periode, erste Nebengruppe. Das chemische Element mit der Ordnungszahl 29 war schon im Altertum als „Erz von der Insel Zypern“ („aes cyprium“) bekannt. Die alten Lateiner nannten es cuprum, wovon sich das Symbol Cu ableitet. Die Rede ist vom Halbedelmetall Kupfer, das als Strom- und Wärmeleiter in der Elektro- und Elektronikindustrie eingesetzt wird. Seine Nachfrage der Industrie steigt tendenziell. Der Preis dieses Rohstoffs schwankt, lag in den letzten Jahren aber regelmäßig über 6.000 US-Dollar je Tonne. Daher lohnt die Ausbeute von Kupfererz, bei steigendem Rohstoffpreis sogar die erneute Aufbereitung von Abraum. Kupfer ist auch aus unserem privaten Leben nicht wegzudenken: Dächer, Kochgeschirr, Münzen, Handys, Computer, Toner – sie alle enthalten Kupfer oder Komponenten aus diesem Material.

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Die weltweit größten Kupfervorkommen gibt es in Chile und Peru, den USA und Kanada, Russland und der Mongolei. Der staatliche chilenische Kupferberbau-Konzern Codelco ist mit 64.000 Mitarbeitern der größte Kupferproduzent der Welt. Er kontrolliert etwa die Hälfte der chilenischen Kupferreserven – das entspricht einem Fünftel der weltweiten Vorkommen. Die Corporación Nacional del Cobre de Chile betreibt sieben Bergwerke, darunter den Tagebau Radomiro Tomic. Er liegt in der nordchilenischen Atacama-Wüste, der trockensten Region der Welt, und ist seit 1997 in Betrieb. Nach fast zwei Jahrzehnten mussten Teile der Ausrüstung erneuert werden. Daher vergab Codelco Anfang 2015 den Auftrag zum Bau eines speziellen Großbaggers an die Magdeburger Firma FAM. Sie ist immer dann gefragt, wenn es um Anlagen in sehr großen Dimensionen geht.

Anlagenbau mit Tradition

Die Magdeburger Förderanlagen und Baumaschinen GmbH ist ein international tätiges Unternehmen mit einer weit in das 19. Jahrhundert zurückreichenden Tradition im Anlagenbau. Heute ist sie einer der größten Arbeitgeber in der Landeshauptstadt von Sachsen-Anhalt. Hier gibt es jahrzehntelange Erfahrungen im Schwermaschinen- und Anlagenbau. Schwerpunktmäßig ist FAM in den Bereichen Schüttguthandling – insbesondere Mining – und Service tätig. Letzteres umfasst die Rekonstruktion von Altgeräten, Wartungsverträge für Mininggesellschaften und das Ersatzteilgeschäft. Weitere Geschäftsfelder sind Aufbereitungstechnik und Lohnfertigung. Aktuell kann das Unternehmen auf Referenzanlagen in knapp 80 Ländern verweisen. Mit einem breiten Sortiment von Großgeräten und Einzelmaschinen wie Schaufelradbagger, Bandanlagen, Absetzer, Kratzer- und Mischbettgeräte, Schaufelradrücklader sowie Brecher und Mühlen liefert FAM die funktionsbestimmenden „Herzstücke“ von fördertechnischen Anlagen für Tagebaue und Kraftwerke, die Metallurgie, die Baustoffindustrie und weitere Branchen.

Aufwändige Kupfergewinnung

Kupfererz wird mit mobilen Geräten abgetragen, gebrochen, vorbehandelt und auf einen Lagerplatz gefördert. Dieses sogenannte Leach-Pad wird zeilenweise gebaut. Es ist typischerweise etwa 3 bis 12 m hoch und 200 bis 500 m breit. Auf dieser Halde wird das Kupfer aus dem Erz ausgelaugt („geleacht“) und später zur Elektrolyse verbracht. Als Ergebnis erhält man hochreines Kupfer in Form von rechteckigen Platten. Da der gewinnbare Kupferanteil im Erz nur etwa 1 % beträgt, muss der fördertechnische Prozess ca. das 100fache an Material bewegen.

Zum Abbau des ausgelaugten Erzes fährt ein Rücklader auf Raupen die Halde entlang und trägt zeilenweise im Parallelmodus das Material ab. Am Ende der Halde muss das Mininggerät quer zu seinen Raupen versetzt werden. Um die richtige Position zu erreichen, wird ein Kurvenmanöver ausgeführt. Anders als bei Baggern üblich, ist kein Schwenkwerk vorhanden. Daher soll beim Abbau des Materials die Fläche aus Scheibenhöhe und Spantiefe möglichst groß sein, um eine kleine Fahrgeschwindigkeit und damit einen effizienten Betrieb zu ermöglichen. Der Durchsatz ergibt sich als Produkt aus Fläche und Geschwindigkeit. Weil die Rücklader mit ca. 5 bis 12 m/min Nennfahrgeschwindigkeit relativ langsam fahren, müssen die Schaufeln sehr lang sein. Sie ermöglichen eine große Spantiefe.

Groß wie ein Haus

Bei dem Auftrag von Codelco an FAM handelt es sich um nichts Geringeres als den größten Rücklader dieser speziellen Bauart auf der Welt. Diese Anlagen gehören aufgrund ihrer besonderen Architektur in die Sparte der Kompaktgeräte Wobei kompakt nicht klein bedeutet. Der Reclaimer SR 800 P9 hat die Abmessungen eines vierstöckigen Gebäudes und wiegt fast 1.000 Tonnen. „Man unterscheidet Schaufelradbagger und Schaufelradrücklader“, erläutert Dipl.-Ing. Erhard Pagels, Leiter Tagebautechnik bei FAM. „Der Bagger schneidet gewachsenes Material, der Reclaimer hingegen geschüttetes Material – und zwar in großen Mengen. Sowohl die Fördermenge als auch die geforderte Schneidarbeit bedingen eine bestimmte Antriebsleistung.“ Die Magdeburger bauten 1999 den ersten Reclaimer für Chile mit 100 t Masse und einer Förderleistung von 2.000 t in der Stunde. Mittlerweile wird schon der siebte Rücklader gefertigt. Die Anlagen werden immer größer und immer stärker – so wie der Kunde es fordert. Erhard Pagels: „Es gibt keinen größeren Rücklader dieser Bauart auf der Welt, sowohl hinsichtlich der Förderleistung und der Antriebsleistung als auch der Gesamtmasse der Anlage.“

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Sammlung der Superlative

Der für den Tagebau Radomiro Tomic in Auftrag gegebene Rücklader SR 800 P9 ist für die gigantische Förderkapazität von 14.500 Tonnen in der Stunde ausgelegt. (Das entspricht der Masse von etwa 17 Zügen der Bauart ICE3, mit je zwei Halbzügen). Sein Schaufelrad hat 14 Meter Durchmesser, der Messerkreis – der Durchmesser bis zur Spitze der Schaufeln – beträgt 19 Meter. Damit an diesem Arm genügend Kraft bereitsteht, benötigt man ein hohes Antriebsdrehmoment. Das berechnete theoretische Nennmoment beträgt 2.100 kNm – auch für FAM ein erhebliches Antriebsmoment. Getriebe in Mining-Applikationen werden mit einem Servicefaktor beaufschlagt, der alle Unwägbarkeiten berücksichtigt, die auftreten könnten.

Daher wurde das Getriebe für das Schaufelrad mit 4.000 kNm ausgelegt. Es gibt weltweit nicht viele Anbieter von Getrieben mit derart gigantischen Drehmomenten. Die Kraft, die an den Schaufeln bereitgestellt werden kann, entspricht etwa der Anfahrtzugkraft eines ICE3 – 300 kN. Die dafür erforderliche Antriebsleistung des Schaufelrades beläuft sich auf 1.000 kW. Sie kommt von einem Drehstrommotor und wird über ein Industriegetriebe an die Arbeitsmaschine angepasst. Damit beauftragte FAM die Firma SEW-Eurodrive. Sie gilt als Erfinder des Getriebemotors und blickt mittlerweile auf eine 85jährige Geschichte zurück.

Bei der Projektvergabe für die Antriebstechnik spielte neben der technischen Lösungskompetenz noch ein weiterer Aspekt eine wichtige Rolle: die sehr ambitionierte Lieferzeit, die der Endkunde forderte: bis Sommer 2016. Das heißt, in gerade einmal 18 Monaten entsteht ein gigantischer Bagger. Das schließt die Projektierung, Konstruktion und Fertigung ebenso ein wie die Lieferung und Inbetriebnahme bis hin zur schlüsselfertigen Übergabe. SEW-Eurodrive kann seinen Kunden einen besonderen Mehrwert bieten: Das Bruchsaler Familienunternehmen ist als weltweites Produktionsnetzwerk in 46 Ländern vertreten und damit dem exportorientierten deutschen Anlagenbau weltweit ein verlässlicher Partner – und immer in der Nähe. So auch in Südamerika: in Brasilien hat SEW eine große Landesgesellschaft. Am Standort Indaiatuba, etwa 70 km nordwestlich von São Paulo, wurde unlängst ein neuer Fertigungskomplex eröffnet. Die Industrie-Planetengetriebe der Serie XP für den Reclaimer liefert SEW-Eurodrive Brasil Ltda. Die regionale Präsenz in Südamerika und die Möglichkeit, hier große Antriebe zu fertigen und zu komplettieren, waren für FAM eine wichtige Voraussetzung für die Erteilung des Lieferauftrags.

Getriebe aus dem Baukasten

Dipl.-Ing. Frank Kleta, Außendienstmitarbeiter Industriegetriebe bei SEW-Eurodrive, erläutert: „Wir verwenden ein Standard-Planetengetriebe als sogenannten Gearhead. Davor setzen wir ein Kegelstirnradgetriebe aus Standard-X-Getriebebaureihe.“ FAM-Einkäufer Peter Kriependorf, B. A., unterstreicht den Nutzen für FAM: „Die bei SEW übliche Verwendung von Standardgetrieben stellt für uns einen deutlichen kommerziellen Vorteil dar.“ „Auch hinsichtlich der Lieferzeit haben Standardgetriebe Vorteile“, ergänzt Michael Kutza, dem als FAM-Vertriebsmitarbeiter die termingerechte Lieferung an den Auftraggeber sehr wichtig ist. „Planetengetriebe bis 500.000 Nm bauen wir im Großgetriebewerk in Bruchsal“, fährt Frank Kleta fort. „Alles was größer ist, wird in den Großgetriebewerken von SEW-Eurodrive in Brasilien bzw. in China gebaut.“

Für den Reclaimer SR 900 P9 kam ein Planetengetriebe der SEW-Baureihe XP230 mit einem Nennmoment von 4.000 kNm zum Einsatz. Vorgeschaltet ist ein Kegelstirnradgetriebe der X-Baureihe in Größe 250. Diese Getriebekombination wird zusammen mit einem 1000-kW-Motor auf eine Motorschwinge montiert. Eine Bremse und eine Doppelkegel-Reibungskupplung ergänzen das Antriebspaket. Zusätzlich installierte SEW eine Kühlanlage für das Getriebe sowie eine Drehmomentstütze, die FAM-spezifisch gefertigt wurde. Wenn das Moment zu groß werden sollte, trennt die Kupplung an der Antriebsseite des Getriebes den Kraftfluss. „Durch eine zusätzlich Schlupfüberwachung am Motor erkennen wir schon frühzeitig eine mögliche Überlastung der Mechanik und können reagieren“, erläutert Dipl.-Ing. Pagels.

Logistische Herausforderung

Vor der termingerechten Abwicklung dieses Großauftrags stand eine besondere logistische Herausforderung. Üblicherweise kommen die Großgetriebe aus dem Werk in Brasilien ins Werk nach Bruchsal und werden hier mit vorgesetztem X-Getriebe auf einer Schwinge komplettiert. Für den Reclaimer orderte FAM einen 1.000-KW-Motor bei einem Motorenhersteller in Brasilien. Es war jedoch absehbar, dass die zolltechnische Prozedur – Import nach Europa und anschließender Export nach Südamerika – zu viel Zeit in Anspruch nehmen würde. Daher übernahm SEW-Eurodrive im Auftrag von FAM den Zukauf des Motors in Brasilien. Frank Kleta: „Dieser Antrieb wurde in Brasilien konstruiert und komplettiert, einschließlich des Probelaufs und der Abnahme bei SEW-Eurodrive Brasil Ltda. Von dort wird er direkt zu dem finalen Montageort nach Chile gebracht, wo die Endmontage und Inbetriebnahme der Anlage im Tagebau erfolgen.“

Erfolgreiche Zusammenarbeit zwischen FAM und SEW

FAM arbeitet mit SEW-Eurodrive im Bereich der Standardgetriebemotoren schon sehr lange zusammen. Dipl.-Ing. (FH) Volker Schulz, Leiter des Technischen Büros Magdeburg von SEW-Eurodrive, betreut den Kunden FAM bereits seit 25 Jahren. Auch bei den Industriegetrieben arbeiten beide Unternehmen immer stärker zusammen. „Das ist schon die dritte Mining-Anlage, die wir mit SEW-Technik ausstatten“, sagt FAM-Einkäufer Peter Kriependorf. „Unter Berücksichtigung der technischen Anforderungen sowie wirtschaftlichen und logistischen Aspekte entschieden wir uns auch bei diesem Projekt für Industriegetriebe von SEW-Eurodrive. Ein wichtiges Kriterium war auch die SEW-Präsenz in Südamerika.“

Bei dem Großprojekt Radomiro Tomic unter Leitung des SEW-Bereichs HIS (Heavy Industrial Solutions) handelt es sich um Auftragskonstruktionen. Der Kundenverantwortliche und Hauptansprechpartner ist die deutsche Marktorganisation SEW-Eurodrive Germany. Ihr Fachbereich PSH (Project Support Heavy Industrial Solutions) übernahm die Koordination und Abwicklung des ambitionierten Projekts. (ud)

Hannover Messe 2017: Halle 15, Stand F09

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