Wie wählt man Kabeltrommeln aus?

Ingiant Technology | Branchenneuigkeiten | 22. April 2025

1. Einleitung

Kabeltrommeln sind Kabelaufwickelvorrichtungen, die große mobile Geräte mit Strom, Steuerstrom oder Steuersignalen versorgen. Sie finden breite Anwendung in vielen mobilen Geräten in den Bereichen Häfen, Docks, Wasserbauprojekte und Stahlindustrie, wie beispielsweise Portalkrane, Turmdrehkrane, Kaikrane, Schüttgutumschlagmaschinen (Schaufelwagen), Staudammkrane in Wasserkraftwerken und elektrische Flachwagen, Bühnenbeleuchtungs- und Tonanlagen usw.

2. Produktform

Nach der Antriebsart kann man sie unterteilen in: manuelle Bauart, Gegengewichtsbauart, elastische Bauart, Drehmomentmotorbauart, Hysteresebauart, Frequenzumrichterbauart, hydraulische Kupplungsbauart und magnetische Kupplungsbauart.
Je nach den verwendeten Wickelmaterialien kann man sie unterteilen in: Kabeltrommel, Schlauchtrommel (Übertragungsmedium ist Gas, Flüssigkeit), optische Kabeltrommel.
Je nach Kabelanordnung werden Kabeltrommeln in axiale einreihige und axiale mehrreihige Trommeln unterteilt.
Kabeltrommeln werden je nach Position des Schleifrings in zwei Typen unterteilt: Schleifring-Innentyp und Schleifring-Außentyp.

3. Gestaltungsprinzipien

3.1 Kabelspezifikationen und -typen

1) Der äußere Durchmesser des Kabels, der sich direkt auf die axiale Größe der Trommel auswirkt.
2) Kabelform, rundes oder flaches Kabel. Flachkabel können nur einreihig gewickelt werden.
3) Das Gewicht (kg/m) und die Länge der Kabeleinheit beeinflussen den Leistungsbedarf der Kabeltrommel. Je größer das Gewicht und die Länge der Einheit, desto höher ist der Leistungsbedarf der Kabeltrommel.
4) Der Biegeradius des Kabels beeinflusst den Mindestdurchmesser der Kabeltrommel. Ist der Trommeldurchmesser kleiner als der Biegeradius des Kabels, wird das Kabel beschädigt.
5) Die Anzahl der Kabeladern beeinflusst die Anzahl der Schleifringe des Stromabnehmers.
6) Spannung und Stromstärke beeinflussen die Isolierung und die Größe des Schleifrings am Kollektor. Elastische Ausführungen sind nur für Geräte unter 500 V geeignet.

3.2. Wickellänge

Beeinflusst den Durchmesser und den Leistungsbedarf der Spule. Je größer die Spulenlänge, desto höher der Leistungsbedarf.

3.3. Bewegungsgeschwindigkeit der Ausrüstung

Beeinflusst die Motorleistung und das Übersetzungsverhältnis der elektrischen Kabeltrommel. Bei einer Bewegungsgeschwindigkeit der Anlage von über 60 Metern pro Minute sollte eine Frequenzumrichtersteuerung gewählt werden.

3.4. Installationshöhe der Geräte

Je größer die Installationshöhe, desto größer der Leistungsbedarf.

3.5. Wickelmethode

 

Bild der Wickelmethode

3.6. Sonstige Faktoren

1) Rollenmaterial: Kohlenstoffstahl, Edelstahl 304, Edelstahl 316.
2) Schutzart: IP55, IP56, IP65
3) Kabelführung: Ist eine Führung erforderlich? Benötigt die Führung eine Spannungsschutzfunktion?
4) Kabelführung: Ist eine Kabelführung erforderlich?
5) Stromversorgungsmethode: Mittelpunkt-/Endpunkt-Stromversorgung usw.

 

Montageplan des Führungsrahmens

4. Anwendungsbereich verschiedener Kabeltrommeln

4.1. Gegengewicht-Kabeltrommel

Es handelt sich um eine mechanische Vorrichtung, die das Kabel automatisch aufwickelt, indem sie das Prinzip der Energiespeicherung beim Anheben des Gewichts nutzt. Beim Herausziehen des Kabels wird die Kabeltrommel in Rotation versetzt und treibt dadurch die koaxial mit ihr verbundene Drahtseiltrommel an, wodurch das Gewicht angehoben und potenzielle Energie gespeichert wird. Beim Aufwickeln des Kabels senkt sich das Gewicht und die gespeicherte Energie wird freigesetzt. Unter der Wirkung der Drahtseilspannung wird die koaxial mit der Kabeltrommel verbundene Drahtseiltrommel angetrieben und wickelt das Kabel synchron auf.
Vorteile: einfache Struktur, stabile und zuverlässige Leistung, einfache Installation und Wartung sowie lange Lebensdauer.
Nachteile: große Abmessungen, eingeschränkte Transportmöglichkeiten; falls ein längerer Transportweg erforderlich ist, muss ausreichend Platz für die Installation eingeplant werden.
Anwendungsbereich: Portalkrane mit kurzem Hub für Großseile über 35 mm², Gießpfannenwagen, Flüssigeisenwagen, Schlackenwannenwagen in Stahlwerken und andere Anlagen. Diese Anlagen eignen sich für die Seilverankerung an End- und Mittelpunkten.

4.2. Federkabeltrommel

Es handelt sich um eine mechanische Vorrichtung, die das Kabel automatisch aufwickelt, indem sie Energie durch Entspannung der Kabeltrommelfeder speichert. Beim Herausziehen des Kabels dreht sich die Trommel, um die Spiralfeder zu spannen und Energie zu speichern; beim Zurückdrehen rollt die Trommel das Kabel automatisch auf.
Vorteile: gute Synchronisationsleistung, geringe Kabelspannung, niedriger Preis.
Nachteile: Aufgrund der begrenzten Lebensdauer der Feder selbst ist die Lebensdauer dieser Rollenart relativ kurz und wird durch den Hub begrenzt.
Anwendungsbereich: Horizontales und vertikales Aufwickeln von Strom- und Steuerkabeln mit einem Querschnitt unter 35 mm², z. B. zum Heben von Elektromagnet-Saugvorrichtungen, Greifern, Elektro-Flachwagen und anderen Geräten sowie unter ähnlichen Arbeitsbedingungen. Diese Geräte eignen sich zur Kabelverankerung an End- und Mittelpunkten.

4.3. Kabeltrommel mit Magnetkupplung

Die Kerntechnologie besteht in der Verwendung einer Permanentmagnetkupplung als synchronem Differenzialmechanismus. Beim Aufwickeln des Kabels treibt die Kraft die Trommel über die Permanentmagnetkupplung an. Kupplung und Trommel rutschen permanent differenziell, um sicherzustellen, dass die Aufwickelgeschwindigkeit der Bewegungsgeschwindigkeit der Anlage entspricht. Durch Anpassen des Ausgangsdrehmoments der Permanentmagnetkupplung lässt sich die Kabelspannung in einem bestimmten Bereich regeln. Das Abwickeln des Kabels erfolgt über eine Einwegkupplung, die keine Kraftübertragung auf Kupplung und Trommel ermöglicht. Unter Einwirkung der Kabelspannung überwindet die Trommel die Hysterese der Abwickelvorrichtung und gibt das Kabel synchron frei.
Vorteile: ausgereifte Technologie und hohes Preis-Leistungs-Verhältnis. Die Synchronisierung von Kabeltrommel und Mobilteil ist stabil und zuverlässig. Im letzten Schritt des Übertragungssystems kommt Permanentmagnettechnologie zum Einsatz, die für niedrige Drehzahlen und keine Wärmeentwicklung sorgt. Beim Auf- und Abspulen des Kabels lässt sich die Kabelspannung zum Schutz des Kabels anpassen.
Nachteile: hohes Geräuschniveau.
Anwendungsbereich: Kabel mit Querschnitten unter 35 mm², z. B. für elektrische Flachwagen, Laufkatzen, Turmdrehkrane, Brücken- oder Portalkrane, Stapler und Rückgewinnungsanlagen sowie andere Geräte und ähnliche Betriebsbedingungen. Geeignet für die Kabelverankerung an End- und Mittelpunkten.

4.4. Verbesserte Kabeltrommel mit Magnetkupplung

Das Funktionsprinzip dieser Kabeltrommel ist dasselbe wie oben beschrieben. Je nach Bedarf kann ein Scheibenmotor oder ein Bremsmotor gewählt werden. Die elektrische Steuerung der Trommel erfolgt so, dass der Kabelaufwickelmotor läuft und der Kabelabwickelmotor ausgeschaltet ist.
Vorteile: kompaktere Bauweise, geringe Größe, geringes Gewicht, einfache Installation.
Nachteile: hohes Geräuschniveau.

4.5. Kabeltrommel für Langzeit-Blockierdrehmomentmotoren

Als Antrieb dient ein Drehmomentmotor mit Langzeit-Blockier- und Selbstdrehzahlregelung. Die Motordrehzahl sinkt automatisch mit zunehmender externer Last, und die Seiltrommelgeschwindigkeit wird automatisch an die Fahrgeschwindigkeit des Geräts angepasst. Beim Abwickeln des Seils wird durch die Seilspannung das Blockierdrehmoment des Motors überwunden, um das Seil synchron abzuwickeln. Im Stillstand und bei Stromausfall blockiert die Scheibenbremse des Drehmomentmotors das Seil, um ein Durchrutschen zu verhindern.
Vorteile: Der Motor ist immer mit Strom versorgt, die elektronische Steuerung ist einfach, die Ausfallrate kann reduziert werden, der Kabelwickelbereich ist groß und der Verfahrweg ist lang.
Nachteile: Beim Lösen des Kabels muss der Blockierwiderstand des Motors überwunden werden, und kleine Kabel müssen mit Vorsicht verwendet werden.
Anwendungsbereich: Großkabel wie z. B. von Stapler-, Brücken- oder Portalkranen sowie mobilen Geräten, die über lange Strecken verlegt werden. Diese Vorrichtungen eignen sich zur Verankerung von Kabelend- und -mittelpunkten.

4.6. Hysterese-Kabeltrommel

Eine Scheibe aus Permanentmagnetstahl erzeugt ein alternierendes, mehrpoliges Magnetfeld. Gegenüber der Scheibe befindet sich eine starke Induktionsscheibe. Dreht der Motor die Induktionsscheibe mit hoher Drehzahl, wird die Magnetscheibe über eine magnetische Kupplung in Rotation versetzt. Bei Schlupf zwischen den beiden Scheiben magnetisiert die mehrpolige Magnetscheibe die Induktionsscheibe abwechselnd auf der gegenüberliegenden Seite. Dadurch entsteht ein Drehmoment (die „magnetische Kupplung“), das dem Schlupf entgegenwirkt und die Magnetscheibe antreibt (oder bremst). Die Kabeltrommel wird vom Motor angetrieben, der die Kraft auf die Hysteresekupplung überträgt. Nach der Verzögerung wird das verstärkte Drehmoment auf die Kabeltrommel übertragen. Im Betrieb dreht sich der Motor stets in Aufwickelrichtung. Entfernt sich das Hebezeug von der Stromquelle, zieht das Kabel die Trommel in die entgegengesetzte Richtung, wodurch die beiden Trommeln durchrutschen und das Kabel freigegeben wird. Das Magnetfelddrehmoment der Hysteresekupplung sorgt dafür, dass das Kabel während des Freigabevorgangs stets unter Spannung steht. Wenn das Hebezeug zurückkehrt, verschwindet die Spannung des Kabels auf der Trommel, und die Kabeltrommel dreht sich in Wickelrichtung, um den Aufwickelvorgang abzuschließen.
Seine Vorteile sind die kompakte Bauweise, die einfache Installation und Wartung, das an die jeweiligen Betriebsbedingungen anpassbare Ausgangsdrehmoment, die gute Selbstbremsfunktion, der Verzicht auf zusätzliche Bremsen und der zuverlässige Betrieb der Kabeltrommel. Das Steuerungssystem ist einfach und kann mit der Vorwärts- und Rückwärtssteuerung der Anlage verbunden werden. Solange die Anlage in Betrieb ist, läuft der Trommelmotor und die Phasenfolge ändert sich nicht. Während des Betriebs der Kabeltrommel passt die Hysteresekupplung die Drehzahl an die Laufgeschwindigkeit der Hauptanlage an, sodass die Seilgeschwindigkeit der Kabeltrommel beim Ein- und Ausrollen des Kabels mit der Laufgeschwindigkeit der Hauptanlage synchronisiert ist.
Der Nachteil besteht darin, dass bei großer Kabelkapazität und großer Installationshöhe des Hauptgeräts zur Reduzierung des Temperaturanstiegs des Rotors und zur Erhöhung der Lebensdauer des Rotors das Konstruktionskonzept der Mehrkopf-Kleindrehmomente angewendet werden muss, was relativ teuer ist.
Es eignet sich für schwere mobile Maschinen und Anlagen wie Hafenkrane, Containerkrane, Schiffsbelader, Turmdrehkrane usw. Diese Anlagen eignen sich für die Verankerung von Kabeln an Endpunkten und Mittelpunkten.

4.7. Kabeltrommel mit variabler Frequenz

Der Frequenzumrichtermotor ist in Bauform B5 ausgeführt und direkt mit dem Eingang des Getriebes verbunden. Ein Ende der Getriebeausgangswelle ist über eine Keilverbindung mit der Kabeltrommel verbunden, das andere Ende mit dem Schleifring im Verteilerkasten. Getriebe und Verteilerkasten sind auf dem Grundgestell montiert. Der Umrichter-Steuerschrank ist unabhängig von der Kabeltrommel, sodass die geeignete Montageposition je nach Bedarf gewählt werden kann. Im geschlossenen Regelkreis (mit drehzahlgeregelter Vektorsteuerung) wählt der Umrichter den offenen Drehmomentregelungsmodus und berechnet den tatsächlichen Trommeldurchmesser durch Dickenintegration, um das Ausgangsdrehmoment des Motors präzise zu regeln. Dadurch wird sichergestellt, dass die Kabelspannung beim Aufwickeln auf die Trommel nicht durch Änderungen des Trommeldurchmessers beeinträchtigt wird, d. h. die Kabelspannung konstant bleibt. Die Kabeltrommel bietet folgende Vorteile:
(1) Beim Auf- und Abwickeln des Kabels ist die auf das Kabel wirkende Spannung immer konstant, unabhängig davon, wo sich das Gerät auf der Schiene befindet. Die Kabelspannung kann über die Parametereingabe des Wechselrichters und die Bedienung der Drehknöpfe am Bedienfeld des Steuerkastens beliebig eingestellt werden. Dies maximiert den Schutz des Kabels und verlängert dessen Lebensdauer erheblich.

(2) Die Trommel reagiert schnell auf Änderungen der Betriebsgeschwindigkeit der Anlage und kann mit dieser synchronisiert werden. Ihre Arbeitsweise ist präzise und feinfühlig.
(3) Es überwindet die Einschränkungen herkömmlicher Kabeltrommelkonstruktionen wie Hysteresetrommeln und Drehmomentmotoren. Es ist nicht durch außergewöhnliche Anforderungen an Kabelspezifikationen, Wickellänge, Drehzahl und Montagehöhe beschränkt. Die Kabeltrommel wird für jede komplexe Betriebssituation von einem frequenzgeregelten Motor mit variabler Leistung angetrieben.
(4) Es verfügt über eine hohe Anpassungsfähigkeit und kann den ganzen Tag über unter hoher Last kontinuierlich arbeiten.
(5) Die Kabeltrommel und das Gerät sind zum Schutz des Betriebs miteinander verbunden, wodurch Unfälle wie Kabelbrüche wirksam verhindert werden.
(6) Der Spulenmotor wird durch den Frequenzumrichter präzise gesteuert und geschützt, was seine Lebensdauer verlängern kann.
(7) Die Kabeltrommel mit frequenzgesteuertem Motor passt die Betriebsfrequenz des Trommelmotors automatisch an die eingestellte Spannung und die Betriebsgeschwindigkeit des Trägergeräts (Laufwagen) an und arbeitet bei jeder Geschwindigkeit von 0 bis n (n ist die asynchrone Drehzahl). Beim Abschalten des Trägergeräts bremst der Frequenzumrichtermotor der Kabeltrommel, um ein Durchrutschen des Kabels zu verhindern.
Vorteile: Die Kraft kann präzise gesteuert werden, das Kabel wird optimal geschützt und seine Lebensdauer verlängert.
Nachteile: Der Preis ist im Vergleich zu ähnlichen Produkten am höchsten.
Anwendungsbereich: Hafenkrane, Containerkrane, Schiffsbelader, Turmdrehkrane und andere schwere mobile Maschinen und Geräte.