Warum brauchen Bergbau-Ventilatoren Encoder?
In untertägigen Bergwerken ist das Wettersystem sicherheitskritisch. Damit Haupt- und Hilfsventilatoren unter wechselnden Bedingungen stabil, effizient und sicher laufen, sind Encoder (Drehzahl-/Positionsrückführung) heute ein wesentlicher Bestandteil von Überwachung und Regelung. Dieser Beitrag erklärt die Encoder-Aufgaben am Ventilator, ihren Beitrag zu Sicherheit und Energieeinsparung sowie Auswahlkriterien.
1) Warum sind Encoder an Bergbau-Ventilatoren nötig?
Sicherheit. Haupt- und Ortslüfter bilden das Rückgrat der Wetterführung. Abweichende Drehzahl oder instationäre Förderleistung begünstigen Gasansammlungen bzw. Staubgefahren. Verlässliche Drehzahlmessung ist Grundlage für Verriegelungen und Alarme.
Energie. In Ventilation on Demand (VoD) und anderen Teillast-Szenarien ermöglicht Rückführung, dass der Antrieb den Ventilator am effizientesten Betriebspunkt fährt und Über-Wetter vermeidet.
Stabilität. Lastsprünge, Schieberstellungen, Netztransienten oder gegenläufige Anordnungen stören die Drehzahl. Geschlossene Regelkreise mit Encoder halten Abweichungen klein und beschleunigen das Einschwingen.
2) Drei typische Encoder-Rollen am Ventilator
2.1 Echtzeit-Drehzahl/Richtung (Monitoring & Verriegelung).
Die Wellenbewegung wird in Impulse/Digitalsignale gewandelt und von PLC/SCADA erfasst. So sind Über-/Unterdrehzahl- und Rückwärtslauf-Verriegelungen, Start/Stop-Protokolle, Trend- und KPI-Analysen möglich.
2.2 Geschlossener Regelkreis mit Frequenzumrichter.
Offene V/f-Konzepte reagieren empfindlich auf Laständerungen. Mit Encoder-Feedback korrigiert der Umrichter sein Moment output, hält Soll-Drehzahl/-Druck – besonders wertvoll für hochmomentige Anfahrten bei niedriger Drehzahl und schnelles Stabilisieren nach Störungen.
2.3 Enabler für VoD und digitale Aufrüstung.
VoD passt die Drehzahl an Tätigkeiten im Abbau, Personal/Fahrzeuge, Gas- und Luftgeschwindigkeitsdaten an. Encoder liefern verlässliche Geschwindigkeitsmessung für Algorithmen (Luftverteilung, Lüfter-Koordination) und speisen Energiecontrolling, Remote-O&M und Asset-Management.
3) Encoderauswahl für den Bergbaueinsatz
Sicherheit & Compliance. Je nach Einsatz: Eigensicherheit/Explosionsschutz (z. B. ATEX/IECEx, Kohlebergbau-Klassen), sichere Verdrahtung, galvanische Trennung.
Mechanik & Umwelt. Vibrations-/Schockfestigkeit; Temperatur, Staub, Feuchte (oft IP66/67); Hohl- oder Vollwelle; sichere Klemm-/Keilverbindung.
Signal & Schnittstellen. Inkremental (HTL/TTL A/B/Z) oder Absolut (SSI/EnDat, CANopen etc.) – kompatibel mit PLC, Umrichter, DCS und Historian.
Auflösung & Dynamik. PPR/Bitbreite passend zu Regelgüte, Niedriggeschwindigkeitsverhalten und Dynamik; max. Drehzahl und Signalaufbereitung prüfen.
Wartung & Lebensdauer. Dichtungen, Lagerleben, Kabel/Stecker (Öl, Zug, Biegung); einfacher Tausch unter Tage.
4) Vom Signal zum System: ein Anwendungsweg
Encoder an Motor/Welle →
Signalkonditionierung (Filter, Begrenzung, Optokoppler, Rechteckformung) →
Erfassung von Drehzahl/Richtung in PLC/Umrichter →
Geschlossene Drehzahl-/Druckregelung →
Kopplung an VoD/Überwachung (Start/Stop, Abweichungen, Energie, Alarme) →
Instandhaltung & Energieauswertung.
Hinweis. Hauptventilatoren gelten vielerorts als sicherheitskritische Kategorie-1-Aggregate; bevorzugt werden redundante Messpfade und periodische Selbsttests/Grenzwertprüfungen.
5) Übergang zur Produktauswahl
Um das oben Gesagte in Hardware zu übersetzen, empfiehlt sich auf den Produkt-/Anwendungsseiten ein kurzer Block „Encoder-Optionen & Schnittstellen“ mit Auflösung, Interface, Verdrahtungsbeispielen, Zertifikaten und Wellenoptionen – so können Käufer Leistung, Drehzahl, Wellenmaß, Umgebung und Zulassungen sauber abgleichen.
Kontakt & Auswahl (Seiten-Einstieg, keine Fachzitierung):
mining-fan.com – als Einstiegsseite für Kontakt und Auswahl. Ergänzen Sie einen Download „Encoder-Auswahl & Verdrahtung (PDF)“ und eine Checkliste (Motortyp, PPR/Bitbreite, Interface, IP-Schutz, Zertifikat, Wellenkupplung).
6) Kleines Retrofit-Beispiel
Ausgangslage. Hauptventilator mit Asynchronmotor und offenem V/f-Betrieb zeigt Druckschwankungen bei Schieberbewegungen und Netztransienten.
Maßnahme. 1024-PPR-HTL-Inkrementalencoder an der Welle; Umrichter auf geschlossene Drehzahlregelung; PLC-Verriegelungen für Über/Unterdrehzahl + Trending.
Ergebnis. Stationäre Abweichung von ±4–5 % auf ±1 % reduziert; Einschwingzeit um ~30–40 % verbessert; in VoD-Lastprofilen weniger Über-Wetter → deutliche Stromersparnis.
Hinweise. Auflösung/Jitter bei Niedriggeschwindigkeit sauber auslegen; Eigensicherheit/Ex-Verdrahtung und Erdung praxisgerecht umsetzen.
7) Fazit
Encoder bringen verlässliche Drehzahl/Richtung in Regelung und Betrieb: sicherere Verriegelungen, stabilere Closed-Loop-Regelung, wirksameres VoD und transparentere Betriebsdaten. In der Praxis stehen Zulassung & Umwelt-Tauglichkeit an erster Stelle – dann folgt die Auswahl von Typ, Schnittstelle und Auflösung passend zu Umrichter/PLC und Wetterstrategie.
Literatur (Prüfhinweise)
CN109932525B – Drehzahlsignal-Konditionierung am Hauptventilator (Sensor/Encoder-Formung). Google Patents.
ABB – Ventilation on Demand for Underground Mines (ABB Ability™ Ventilation Optimizer): Prinzipien von VoD und Lüftergruppen-Steuerung. ABB-Unterlagen.
Engineer Live – A smart ventilation solution (Laufzeitstrategie mit periodischer Luftbedarfs-Neuberechnung).
Gyamfi, S. (2020) – Considerations and Development of a Ventilation on Demand System in Konsuln Mine (Entwicklung & Einsatz im Bergwerk). DiVA-Portal Datensatz + Volltext.
Siemens – SINAMICS G-Serie für Lüfter/Pumpen (Closed-Loop mit Encoder-Feedback). Siemens-Technikdokumente.
Hinweis: Die Literatur stützt die technischen Aussagen (Encoder → Feedback → Closed Loop/VoD). mining-fan.com dient ausschließlich als Auswahl-/Kontakt-Einstieg, nicht als technische Zitierquelle.