Entwicklung & Implementierung eines Elektromotorenprüfstandes als Techniker Projektarbeit



Aus- und Weiterbildung sind für die Firma Erich Schäfer GmbH & Co. KG ein entscheidendes Thema, denn lediglich mit qualifizierten Fachkräften und geschultem Personal kann der hohe Qualitätsstandard des Unternehmens beibehalten und weiter ausgebaut werden. Auch die Abwicklung von komplexen förder- und antriebstechnischen Lösungen lassen sich nur durch motivierte und gut ausgebildete Fachkräfte garantieren und auf lange Sicht gewährleisten.

So wurde die Anfrage eines Mitarbeiters, ob er im Rahmen seiner dualen Weiterbildung zum Staatlich geprüften Techniker, Fachrichtung Elektrotechnik, eine Techniker-Projektarbeit durchführen könne, selbstverständlich genehmigt. In diesem Zuge konnte der in die Jahre gekommene Motorenprüfstand der Ankerwickelei modernisiert werden.

Abbildung 1 Übersicht vorhandener Motorenprüfstand

Bereits in der Vergangenheit gab es einige Ansätze und Überlegungen wie der Prüfstand an die heutigen Sicherheitsstandards und Anforderungen angepasst werden kann. Doch leider konnte bislang keine optimale Lösung konzipiert werden, die einen Umbau des Motorenprüfstandes vorsah.

Letztlich fiel die Entscheidung auf einen Neubau des Motorenprüfstandes und dem Mitarbeiter wurde angeboten, diesen Neubau im Rahmen seiner Techniker-Projektarbeit zu planen und zu realisieren. Nach ersten Gesprächen über die technischen Anforderungen an den Prüfstand, wurde der Projektumfang definiert und das Team unseres Mitarbeiters, bestehend aus drei weiteren zielstrebigen angehenden Technikern des Berufskolleg Technik Siegen, konnte mit der Planungsphase beginnen.

Der im Vorfeld definierte Projektumfang begann mit der Planungsphase und führte schlussendlich zur Inbetriebnahme des vollständig projektierten Motorenprüfstandes. Die angehenden Techniker entwickelten sowohl die notwendige Steuerung als auch die digitale Software, die für den Betrieb des Prüfstandes erforderlich ist. Darüber hinaus übernahmen sie auch die Fertigung und Montage des Schaltschranks in der Ankerwickelei, bis der Prüfstand letztendlich in detaillierter Kleinarbeit, auch außerhalb der regulären Arbeitszeit, in Betrieb genommen werden konnte. In kontinuierlicher enger Absprache mit den benannten Projektbetreuern aus dem Unternehmen, wuchs der Prüfstand von Woche zu Woche. Der durch die Größe und den Umfang des Projekts definierte, sehr straffe Zeitplan konnte erfreulicherweise nahezu ohne Verzögerungen eingehalten werden.

Mit dem neuen Motorenprüfstand haben sich gleich mehrere neue Möglichkeiten für die Prüfung von Elektromotoren ergeben. So ist es nun möglich Elektromotoren einer Belastungsprüfung zu unterziehen, bei der alle Motorkennwerte automatisch durch eine Software ausgelesen und erfasst werden und anschließend sowohl digital als auch in einem Prüfprotokoll angezeigt und archiviert werden.

Durch diese von den angehenden Technikern neu geschaffene Prüfmöglichkeit kann dank der präzisen Messtechnik sogar eine aussagekräftige Leistungsmesskurve aufgezeichnet und dokumentiert werden. Darüber hinaus können durch die Vielzahl variabler Befestigungsmöglichkeiten des Prüfstands sämtliche Arten der genormten Elektromotoren geprüft werden.

Auch für spezielle Sondermotoren, wofür bislang keine Befestigungsmöglichkeit definiert ist, kann binnen kürzester Zeit ein Adapter konfiguriert und angefertigt werden, der eine Belastungsprüfung dieser Motoren ermöglicht.

Folgende Werte konnte unser Projektteam für zwei verschiedene Prüfstände entwickeln:

Prüfstand 1.
  • Technische Daten
    • min. 0,1 Nm bei 1500 min-1
    • min. 0,25 KW bei 3000 min-1
    • max. 35 Nm bei 3000 min-1
    • max. 11 KW bei 3000 min-1
  • Spitzenhöhe 250 mm
  • Eigengewicht 110 Kg
Prüfstand 2
  • Technische Daten
    • min. 3,5 KW bei 1500 min-1
    • min. 7,5 KW bei 3000 min-1
    • max. 1560 Nm bei 3000 min-1
    • max. 185 KW bei 4000 min-1
  • Spitzenhöhe 350 mm
  • Eigengewicht 320 Kg

Die durch das Projektteam entwickelte Steuerung bietet auch für den elektrischen Anschluss der Elektromotoren eine breite Auswahl an Anschlussmöglichkeiten. So kann zum Beispiel jeder Drehstrommotor bis 250 A Motornennstrom an einem Frequenzumrichter betrieben werden. Die Steuerung enthält hierzu ein gemeinsames Zwischenkreismodul, vier unterschiedlich groß dimensionierte Frequenzumrichter-Ausgangsmodule (9 A, 30 A, 85 A & 250 A) und eine gemeinsame Steuerelektronik. Der Betrieb der Elektromotoren kann, je nach Bedarf, zwischen dem Betrieb am Frequenzumrichter und dem Betrieb an der Netzspannung mit Leistungsschützen umgeschaltet werden.

Abbildung 2 Blick in den neuen Schaltschrank des Motorenprüfstandes

Auch für den Betrieb von Gleichstrommotoren stehen nun mehrere Anschlussmöglichkeiten zur Verfügung. So können Gleichstrommotoren mit einem Ankerstrom von bis zu 250 A bei einem Erregerstrom von 15 A betrieben werden. Für kleinere Gleichstrommotoren steht ein zweiter Stromrichter mit einem Ankerstrom von 60 A und einem Erregerstrom von 10 A zur Verfügung. Wechselstrommotoren können problemlos nach den technischen Anschlussbedingungen (TAB) des Netzbetreibers betrieben werden.

Die neue Steuerung enthält, neben den für den Betrieb der Elektromotoren erforderlichen Komponenten, auch einen Industrie-PC zur Dokumentation der Prüfungen. Des weiteren sind auch die speicherprogrammierbare Steuerung, von der aus das Profinet-Netzwerk innerhalb des Schaltschranks und die Ansteuerung der Motorabgänge verwaltet wird, enthalten. Die Messtechnik zur Erfassung der Motorkennwerte und eine übergeordnete Sicherheitssteuerung, welche alle Schutz und Not-Halt-Einrichtungen überwacht und auswertet, vervollständigen das System.

Alle für den Anschluss eines Elektromotors benötigten Leitungen werden nun als Steckverbindungen ausgeführt, sodass die Sicherheit für das Personal erheblich verbessert werden konnte, da unter anderem die Stolpergefahren auf ein Minimum reduziert wurden.

Abbildung 3 Übersicht des neuen Motorenprüfstandes

Der Motorenprüfstand befindet sich jetzt auf dem neuesten Stand der Technik und auf dem heute üblichen und unerlässlichen Sicherheitsstandard. Nachdem der Prüfstand einige Zeit in Betrieb ist und erste Erfahrungswerte im Umgang gesammelt wurden, kann eine durchweg positive Bilanz gezogen werden.

Zu unserer vollsten Zufriedenheit haben die angehenden Techniker den Motorenprüfstand vom ersten Planungsgespräch bis hin zur letzten Schraube und dem letzten Software-Bit entwickelt und implementiert. Sämtliche technische Anforderungen wurden eingehalten und umgesetzt. Für die Zukunft ist unsere Ankerwickelei nun noch besser aufgestellt.

Die Zusammenarbeit mit dem Projektteam und dem Berufskolleg Technik Siegen hat uns sehr gut gefallen und war eine gute Möglichkeit jungen, engagierten Menschen die Weiterbildung zu ermöglichen.