« Nous nous efforçons en permanence de répondre aux exigences croissantes du marché et de soutenir nos clients en leur proposant des installations et des systèmes rentables à long terme », déclare Martin Baldus, directeur du bureau d’études « Industrial shredding » (broyage industriel) chez Vecoplan AG. L’entreprise implantée à Bad Marienberg dans le Westerwald développe, produit et distribue des machines et installations qui broient, transportent et traitent les matières premières et secondaires dans le cycle de production et de recyclage des matières. Le broyage notamment représente un défi de plus en plus ardu. « Pour nos clients, ces machines fonctionnent souvent 24 heures sur 24, parfois 7 jours sur 7 », explique M. Baldus. Il peut s’agir par exemple de broyeurs servant, dans les cimenteries, à préparer du matériau pour les fours à combustion, ou à déchiqueter de manière efficace les emballages en plastique, en métal et en matières composites collectés ou même les déchets ménagers. Les broyeurs peuvent également être utilisés pour les résidus de bois issus de la production ainsi que pour le vieux bois et les balles de racines, qui sont souvent contaminés par des impuretés. « Une panne des installations peut s’avérer très coûteuse pour les exploitants. C’est pourquoi celles-ci doivent être robustes et résistantes aux indésirables, mais aussi fiables, et ne nécessiter que peu d’entretien », ajoute son collègue Daniel Kessler, directeur du service d’ingénierie électrique chez Vecoplan. L’entraînement du rotor y joue un rôle clé. « Pour un fonctionnement en continu surtout, nous recommandons à nos clients la série HiTorc, dynamique, à démarrage rapide et à couple élevé », explique D. Kessler.
Un concept éprouvé depuis des années
L’idée du concept d’entraînement éprouvé de Vecoplan est née il y a près de 20 ans, lorsque des techniciens voulurent développer un entraînement plus efficace pour la technique de broyage. Car les broyeurs devaient en faire toujours plus et leur taille ne cessait de croître. Cela se répercutait aussi sur les entraînements utilisés. Ces derniers devaient être en mesure de gérer le débit accru et devaient disposer d’un couple suffisant pour réagir aux éléments indésirables. Wolfgang Lipowski, chef du bureau d’études à l’époque, tomba plus ou moins par hasard sur un article d’une revue technique louant les avantages des moteurs synchrones. Il fut impressionné par la dynamique et l’accélération de ces moteurs. Cela semblait être la solution parfaite pour un démarrage rapide après décélération dans le processus de broyage. Cette variante d’entraînement présente un autre avantage : combinée à un convertisseur de fréquence, elle ne nécessite aucun engrenage, contrairement aux moteurs électriques classiques – le couple nécessaire est généré par un champ magnétique et agit directement sur l’arbre de broyage. « Un système d’engrenage est toujours synonyme de friction », explique M. Baldus. « Les impuretés contenues dans le matériau provoquent des chocs dans le processus de broyage, qui doivent être absorbés, entre autres, par les flancs des roues dentées ou par les entraînements à courroie, provoquant alors une usure de ces composants. Cela nécessite de courts intervalles de maintenance, et le personnel SAV doit régulièrement remplacer des composants ».
Dans leur recherche d’un partenaire approprié en mesure de fabriquer de tels moteurs pour Vecoplan, les développeurs se sont tournés vers la société Oswald Elektromotoren GmbH à Miltenberg. « En collaboration avec le fabricant de convertisseurs KEB Automation KG, nous avons développé et élargi le concept pour toutes les tailles d’entraînement », rapporte D. Kessler. Le HiTorc était né. Grâce à la combinaison d’un moteur électrique synchrone et d’un convertisseur de fréquence, Vecoplan propose depuis 2005 une solution unique sur le marché : un entraînement électrique direct à faible vitesse pour les broyeurs.
Démarrage dynamique même lorsque la machine est remplie
L’absence d’éléments d’entraînement mécaniques, tels que transmissions par courroie ou entraînements par engrenages, volants d’inertie et accouplements, rend les broyeurs beaucoup plus robustes. « Même un seul arrêt intempestif dû à un arbre cassé, un accouplement de surcharge grillé ou un engrenage défectueux justifie l’utilisation d’un entraînement HiTorc », affirme M. Baldus. « Nous pouvons réduire de manière significative aussi bien les besoins de maintenance que les pannes. »
Mais les composants supprimés permettent également au couple d’inertie du rotor en acier massif et au couple du moteur d’interagir efficacement. « L’inertie des chaînes cinématiques retarde ce processus », explique M. Baldus. « Si le broyeur doit être ralenti puis redémarré, le redémarrage n’est généralement pas possible avec un broyeur plein équipé de systèmes d’entraînement classiques », précise D. Kessler. « Un collaborateur doit d’abord décharger manuellement la machine. » Le HiTorc, en revanche, fonctionne de manière très dynamique et améliore le comportement au démarrage et d’inversion car les moments d’inertie dans l’ensemble du système d’entraînement sont moindres en raison de la suppression des composants mécaniques. Le couple élevé disponible permet ainsi un démarrage sans problème sous charge, même lorsque la zone de broyage est pleine. L’opérateur peut ainsi démarrer la machine à tout moment en appuyant sur un bouton – sans avoir à vider la trémie.
Le système de commande entièrement automatisé peut détecter de façon anticipée une surcharge de la machine pendant le processus de broyage en cours grâce à une analyse continue de la vitesse et à une évaluation du courant. En présence de matières indésirables, l’arbre du rotor s’arrête en quelques millisecondes. Cela permet d’éviter l’endommagement de composants importants. Après une courte inversion, l’entraînement Vecoplan tourne à nouveau dans le sens souhaité en quelques secondes. « Avec le HiTorc, le broyeur réagit avec une vivacité semblable à celle d’une voiture électrique », compare Daniel Kessler. « Un couple élevé est possible directement à partir d’un arrêt sans avoir à atteindre une vitesse de rotation précise au préalable. »
Un rendement nettement plus favorable
Le rendement du HiTorc est nettement supérieur à celui d’une solution à réducteur – d’environ 10 à 15 %, ne serait-ce qu’en raison de l’absence d’éléments d’entraînement mécaniques. Cela rend le moteur synchrone très efficace, surtout en charge partielle. Au ralenti, il ne consomme qu’environ dix pour cent de l’énergie requise par un moteur asynchrone comparable à commutation directe. Ces conditions de fonctionnement se rencontrent fréquemment avec des matières non homogènes et un chargement inégal en matières. « Dans l’ensemble, l’utilisateur bénéficie d’une consommation d’énergie favorable. Par rapport aux autres entraînements électromécaniques, il est possible de réaliser jusqu’à 40 % d’économie d’énergie, et même jusqu’à 60 % par rapport aux entraînements hydrauliques. Certains clients de Vecoplan ont économisé jusqu’à 50 000 euros par an », rapporte Daniel Kessler.
Adapté à l’application
Selon l’application, Vecoplan propose le HiTorc dans différentes catégories de performance. « Une combinaison appropriée d’un convertisseur de fréquence et d’un moteur à entraînement direct dépend de la puissance, du couple et de la vitesse que nous réglons en fonction de l’utilisation », explique D. Kessler. Dans le cas d’un dispositif d’ouverture des sacs, par exemple, la machine tourne très lentement car elle doit surtout ouvrir des sacs poubelles. Un couple relativement élevé est nécessaire. Les affineurs tournent généralement plus vite ; le VEZ 3200 TT, par exemple, utilise deux entraînements synchrones avec un couple de pointe de 110 000 newtons-mètres. Deux convertisseurs de fréquence sont utilisés pour faire fonctionner les deux entraînements en mode maître/esclave optimisé avec une régulation vectorielle élargie. La régulation intégrée au convertisseur de fréquence garantit que le couple de l’arbre du rotor soit optimal à tout moment et pour tout état de fonctionnement. La régulation en fonction de la vitesse et du couple permet un fonctionnement économique. Les couples de rotation sont disponibles dès que nécessaires. Dans le même temps, la puissance est réduite si elle n’est pas requise pour le processus de broyage.
Par rapport à ses concurrents, le HiTorc convainc également par ses dimensions compactes. De ce fait, l’espace d’installation requis est réduit, ce qui influe de manière positive sur la conception des machines. L’entraînement est également plus facile à installer car aucun travail d’alignement n’est nécessaire, entre autres.
Pas toujours, mais très souvent
Pour quels types d’applications le HiTorc est-il prévu ? Martin Baldus n’a pas besoin de réfléchir. « Clairement pour un fonctionnement continu et exigeant en plusieurs équipes. Ici, le HiTorc est pratiquement la Tesla parmi les entraînements », se réjouit M. Baldus.
Ce concept a reçu un accueil positif du marché. Le HiTorc constitue certainement l’un des meilleurs arguments de vente pour nos broyeurs, déclare l’ingénieur. L’excellente réputation de ce concept d’entraînement sur le marché a souvent permis d’attirer des clients chez nous. En définitive, ils ont non seulement été convaincus par l’entraînement, mais aussi par notre solution globale adaptée à leur application spécifique. Et quelle est la durée de vie d’un entraînement de cette série ? « Il arrive qu’après cinq ou dix ans, certains paliers à roulement doivent être remplacés. Mais sinon, sa durée de vie est illimitée », dit M. Baldus. Il y a peu de temps encore, ce dernier parlait à un client qui utilise trois broyeurs avec six entraînements HiTorc au total. « Ceux-ci ont atteint entre-temps les 25 000 heures de fonctionnement sans défauts. » Chez un autre exploitant, le HiTorc n’a dû être remplacé qu’après 58 000 heures de fonctionnement dans une application exigeante. « Il a suffi pour cela au client de respecter les intervalles de maintenance habituels ; nous n’avons pas eu à réviser ou à réparer le moteur entre-temps », explique M. Baldus.
Shredders efficiently process packaging made from plastic, metal and composite materials. Household waste is another input material. The rotor drive is a key element.
Vecoplan has relied for years on its proven HiTorc direct drive.
