Gigant unter Strom

Liebherr setzt bei den größten Materialumschlagmaschinen auf Elektroantrieb. Damit der Strom störungsfrei zu den Antriebsaggregaten fließt, muss die Verkabelung einiges aushalten können.

Auf den ersten Blick sieht die neue Liebherr-Maschine aus wie ein üblicher Raupenbagger. Nur etwas höher vielleicht. Das liegt aber daran, dass der erste Blick die Maschine aus fast hundert Metern Entfernung trifft und es hier nichts gibt, was dem Auge als Maßstab dienen könnte. Auf den zweiten Blick, aus nächster Nähe, offenbaren sich die Unterschiede: Dieses Gerät ist so hoch, dass der Baggerfahrer ins Dachfenster eines typischen Reihenhauses schauen könnte.

Und mit dem Ausleger könnte er über den Giebel hinweg greifen und mit einer Schaufelladung den halben Garten abgraben – ohne dabei auch nur einmal den Schornstein zu streifen. Das allerdings wird nie passieren. Denn der gelbe Riese mit der Bezeichnung LH 150 EC High Rise ist streng genommen kein Bagger, sondern zählt zu den sogenannten Materialumschlagmaschinen – und die sind für größere Aufgaben vorgesehen.

Tobias Riedmiller, bei Liebherr für die Entwicklung der neuen Generation mitverantwortlich, erklärt: „Mit der Neuentwicklung unseres Großbaggers reagieren wir auf die wachsende Bedeutung des weltweiten Massengutumschlags. In den See- und Binnenhäfen oder in der Schrott-, Holz- oder Stahlverarbeitung wird zunehmend Wert auf niedrige Lärm- und Abgasemissionen gelegt. Außerdem ist dort die Infrastruktur ohnehin auf Elektrik statt auf Diesel ausgelegt. Deshalb haben wir auf der Basis des Vorgängermodells LH 120 eine komplett neue Plattform für den Elektroantrieb entworfen.“ Weitere Vorteile des Elektroantriebs sind laut Tobias Riedmiller ein deutlich niedrigerer Wartungsaufwand und damit eine höhere Produktivität.

Infarktrisiko auf Null senken

Damit der Gigant seine 536 elektrischen Pferdestärken auf den Ausleger bringt, um damit bis zu 1.000 Tonnen Material pro Stunde in einem Schwenkradius von über 30 Metern zu bewegen, wird er an die Leine gelegt und mit 20.000 Volt Mittelspannung versorgt. Diese muss in eine für die Elektromotoren verdaubare Spannung transformiert werden, wofür sich ein mächtiger Transformator sowie ein Frequenzumrichter an Bord des Baggers befinden. Von dort aus fließt der Strom direkt in den Maschinenraum. Daniel Bayer, der für die Entwicklung des elektrischen Antriebssystems verantwortlich zeichnet, erklärt, die Kabelverbindungen des Antriebssystems seien die „Herzarterien“ des Materialumschlaggerätes. Um das Infarktrisiko auf Null zu senken, sei ein Kabel notwendig, das den besonderen Belastungen standhalte und den hohen Qualitätsanforderungen entspreche.

„Die Verkabelung muss extremen Belastungen standhalten.“
Daniel Bayer, Liebherr

Die Umgebungsbedingungen solcher Leitungen sind rau: Sehr enge Biegeradien, hohe UV-Einstrahlung, starke Vibrationen und der Kontakt zu aggressiven Medien wie Hydrauliköle verlangen der Kabelummantelung und den Anschlüssen einiges ab. „Wir produzieren für den Weltmarkt. Da muss der Bagger darauf ausgelegt sein, seine Arbeit im finnischen Winter bei minus 30 Grad genauso zu verrichten wie in der glühenden Hitze von Dubai. Die Verkabelung muss somit auch diesen extremen Temperaturen standhalten“, erklärt Daniel Bayer.

Kabel auf Herz und Nieren geprüft

Mit diesem Anforderungskatalog klopfte Daniel Bayer im Juli 2012 bei HELUKABEL an. „HELUKABEL hat sich über viele Jahre als zuverlässiger Partner im Liebherr-Konzern etabliert. Da lag es nahe, dort anzufragen“, erinnert er sich an seinen ersten telefonischen Kontakt mit Joachim Koch, der in der Abteilung „Spezialkabel“ tätig ist. Schnell wurde aus dem umfangreichen Programm ein Kabel identifiziert, das den technischen Anforderungen entsprechen könnte: HELUWIND, ein Kabel mit 400 Quadratmillimetern Durchmesser, das ursprünglich für Windkraftanlagen entwickelt wurde. Dort wird es im Kabelloop eingesetzt. Die mechanischen Eigenschaften, die seine Entwickler ihm mitgegeben haben, bildeten eine perfekte Ausgangsbasis für die Aufgaben der Materialumschlagmaschine.

Das Kabel erfüllte bereits eine Reihe von Vor­aussetzungen: Temperaturbeständigkeit in der geforderten extremen Spreizung, UV-Beständigkeit sowie die konstruktionsbedingt erforderlichen Biegeradien. Anders als im Einsatz in Windkraftanlagen ist das Kabel in der Liebherr-Anwendung keinen Torsionen, dafür aber wesentlich stärkeren Vibrationen ausgesetzt. „Die Frage war nun, ob sich dieses Spezialkabel auch als geschirmte Motoranschlussleitung und für den Anschluss des Frequenzumrichters eignet.

Um das herauszufinden, mussten wir das Kabel zahlreichen Tests und Prüfverfahren unterziehen“, berichtet Joachim Koch und Liebherr-Entwickler Daniel Bayer ergänzt: „Die mechanischen Belastungen, vor allem die Beständigkeit gegen möglicherweise austretende Medien wie Öle, Schmierstoffe oder Kühlmittel, waren die Knackpunkte. Denn für die Motorverkabelung wollen wir Wartungsfreiheit über die gesamte Lebensdauer der Umschlagmaschine sicherstellen.“

Angriff der Killermedien abgewehrt

Also waren zunächst einige Tests nötig: Bereits im November 2012 erfolgte die Bemusterung mit den Proben inklusive Sicher­heitsdatenblättern für die Medientests. „Für unsere Prüfverfahren lieferte uns Liebherr synthetische sowie auch aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellte biologische Öle, die auf Kunststoffe deutlich aggressiver wirken als herkömmliche Öle auf mineralischer Basis“, erinnert sich Joachim Koch. Die Prüfung erfolgte dann nach VDE: Die Kabel wurden den Medien bei einer Temperatur von 90 Grad Celsius sieben Tage lang ausgesetzt.

Danach ermittelten die Prüfer die verbleibende Zugfestigkeit und Reißdehnung. Soweit zum Kabel. Damit dieses im harten Arbeitsalltag auch allen mechanischen Belastungen standhält, verdienten die Kabelschellen für die Fixierung ebenfalls besondere Aufmerksamkeit. „In unserem Testcenter haben wir dafür eine eigene Rüttelplatte entwickelt, die die auftretenden Belastungen auf der Großmaschine realitätsnah simuliert“, berichtet Joachim Koch. Dort bewies die Befestigung in aufwendigen Tests ihre Einsatzreife.

Ende 2012 waren alle Prüfverfahren inklusive Ermittlung der Brandlastwerte abgeschlossen. Fazit: Das Spezialkabel ist sowohl für den Einsatz als Motoranschlussleitung als auch für den Anschluss des Frequenzumrichters in der Liebherr-Elektroumschlagmaschine ideal geeignet und die Bestellung konnte im Februar 2013 erfolgen. „Durch die umfangreichen Tests in der Projektierungsphase konnten wir Probleme in der eigentlichen Prototypenphase vermeiden. Das hat den gesamten Prozess beschleunigt“, freut sich Liebherr-Entwickler Daniel Bayer. Und er ergänzt: „HELUKABEL hat sich wieder einmal als zuverlässiger und reaktionsschneller Entwicklungspartner hervorgetan.“