Elektronik mit System

Umrichter ? System-Engineering heißt das Zauberwort, wenn Antriebstechnik um die elektronische Komponente erweitert wird. Der Weg zur Mechatronik ist frei!

14. November 2007

»Wir haben unser neues Frequenzumrichtersortiment auf ein breites Leistungsspektrum für viele Anwendungen abgestimmt,« sagt Thomas Grützmacher der für Frequenzumrichter verantwortliche Entwicklungsleiter in der Walther Flender Gruppe. Wie weit das Spektrum ist, zeigen die vier neuen Produktserien. Sie decken Motorleistungen von 0,4 kW bis hin zu 2.000 kW ab und können wahlweise sowohl als U/f- als auch als vektororientierte Geräte betrieben werden.

Die Serien N und M

»Während die Serien N und M besonders durch ihre hohe Leistungsfähigkeit in kompakter Verpackung überzeugen, zeichnen sich die Serien K und Penta durch ihre Robustheit, ihre Modularität und ihre Einsatzmöglichkeiten ? auch bei sehr hohen Motorleistungen ? aus«, sagt der Entwicklungsverantwortliche. Der robuste Frequenzumrichter der Serie N arbeitet an Einphasen- Netzen bei 200 bis 230 V 50/60 Hz und ist für Drehstrom- Asynchronmotoren mit einer Motorleistung von 0,4 bis 3,0 kW vorgesehen. Frequenzumrichter der Serie M arbeiten sowohl an Einphasen-Netzen bei 200 bis 230 V als auch an Dreiphasen- Netzen bei 380 bis 480 V 50/60 Hz. Diese Serie ist für Drehstrom-Asynchronmotoren mit einer Motorleistung von 0,4 bis 7,5 kW vorgesehen. Die maximale Ausgangsfrequenz beider Serien beträgt 400 Hz. Eine Überlastfähigkeit von bis zu 200 Prozent sorgt für das nötige Anlaufmoment. Die Frequenzumrichter sind werkseitig voreingestellt und können direkt eingesetzt werden. Möglich sind mehrere Methoden der Frequenzvorgabe, wie z. B. Bedienteil- oder Klemmleistenbetrieb. Das integrierte Display zeigt sofort die wichtigsten Parameter für eine schnelle Konfiguration an. Standardmäßig verfügen die Serien N und M über einen integrierte EMV-Filter, die Frequenzumrichter der Serie N können bei Bedarf auch ohne Filter geliefert werden. Die Frequenzumrichter der Serien N und M eignen sich besonders für den Einsatz in Schiebetorantrieben. So wurde beispielsweise ein Frequenzumrichter der Serie M integriert, um einen automatischen und störungsfreien Betrieb eines Fleischerei-Schiebetores zu ermöglichen. Vorteile des neu entwickelten Antriebssystems sind das Fehlen von störanfälligen Kontaktschaltern sowie die zu erreichenden Verfahrgeschwindigkeiten. Das Schiebetor wird über Rollen und durch einen Zahnriemen bewegt. Um die Schiebetüren mit einem Gewicht zwischen 50 und 150 kg reibungsfrei zu öff - nen bzw. zu schließen, entschied man sich für einen Zahnriemenantrieb HTD 8M und eine Riemenbreite von 20 mm. Der High- Torque-Drive-Zahnriemen besitzt sämtliche Eigenschaften der herkömmlichen Zahnriemenantriebe und zeichnet sich überdies durch die Übertragung höherer Drehmomente aus. Fortlaufend spiralförmig aufgewickelte Glasfaserlitzen bilden das Zugelement und damit das wichtigste Kernstück des Riemens. Der dauerhafte und biegsame Rücken, welcher den Zugkörper umschließt, ist aus hochwertigem, widerstandsfähigem Neopren. Es schützt die Zugkörper vor äußerer Beanspruchung wie z. B. auftretende Nässe. Angetrieben wird der Zahnriemen über ein Schneckengetriebe I 50 mit einem angeflanschten, 4-poligen Drehstrommotor. In der Führung des Tores sind zwei Vertiefungen, die es ermöglichen, das Schiebetor beim Erreichen seiner endgültigen Position soweit abzusenken, dass dieses bündig mit dem Hallenboden abschließt. In den Getriebemotor mit einer Übersetzung von 60:1 und einer Motorleistung von 0,25 kW wurde aus diesem Grund ein Signalgeber integriert, der automatisch den Fahrweg des Tores vermisst und über eine Steuerung ein Positionssignal an den Frequenzumrichter der Serie M gibt. Dieser wiederum wertet die Informationen aus und regelt die Frequenz entsprechend der gewünschten Fahrgeschwindigkeit. Über die 87-Hz?Funktionalität können die Drehzahl und die Motorleistung um den Faktor 1,7 erhöht werden. Hierdurch lassen sich deutlich höhere Verfahrgeschwindigkeiten erreichen. So wird das Schiebetor in der Anlaufphase automatisch sanft beschleunigt und vor dem Erreichen der Endposition langsam abgebremst. Demzufolge werden die Antriebskomponenten weniger belastet und ihre Lebensdauer erhöht. Durch die Einhausung des Frequenzumrichters sowie auch der Steuerung in einen Schaltschrank sind diese vor der täglichen Reinigung mit Hochdruckreinigern sowie den extremen Temperaturschwankungen geschützt. Vor der Inbetriebnahme des Torantriebes wurde das Zusammenspiel der Steuerung, des Getriebemotors und des Frequenzumrichters im neu eingerichteten Testlabor der Walther- Flender-Gruppe getestet. So konnten bereits im Vorfeld Fehlerquellen vermieden werden.

Energiekosten senken

Darüber hinaus können die Frequenzumrichter der Serien N und M zu einer deutlichen Senkung der Energiekosten in der Fördertechnik sorgen. In konventionell aufgebauten Förderanlagen wird der Motor zum Antrieb der Rollen- oder Förderbahn direkt am Netz betrieben, d. h. er wird konstant mit 100 % Energie versorgt. Da der Motor allerdings während der Startphase das 5- bis 7-fache an Energie benötigt, wird während der gesamten Laufzeit ? zwischen Starten und Stoppen der Anlage ? enorm viel Energie verschwendet. Zudem kann man in einer solch konventionellen Anlage lediglich zwei Fälle unterscheiden: Das Förderband läuft oder steht. Bei einem Leerlauf der Förderstrecke oder in Pausenzeiten wird die Anlage oft abgeschaltet. Ein erneutes Anlaufen der Rollen- oder Förderbahn erfordert anschließend ein hohes Maß an Energie. Genau an dieser Problemstelle setzen die Frequenzumrichter der Serien N und M an. Sie versorgen den Motor immer nur mit der Energie, die tatsächlich benötigt wird, da sie automatisch zwischen An- und Durchlauf der Förderbahn unterscheiden und dementsprechend die Motordrehzahl regulieren können. Zudem besteht die Möglichkeit an der Rollen- und Förderbahn einen Lichtsensor zu montieren und so dem Frequenzumrichter die Anzahl der zu transportierenden Stückgüter zu signalisieren. Der Frequenzumrichter ist dadurch in der Lage, die Energieversorgung optimal auf verschiedene Betriebszustände, wie Leerlauf, regulärer Materialfluss oder erhöhter Materialfluss, anzupassen und bei Bedarf die Drehzahl zu regulieren. Die Möglichkeit, zusätzlich eine sogenannte S-Rampen- Funktionen zu programmieren, bietet einen weiteren Vorteil für die Fördertechnik. Die hierdurch erlangte Ruckbegrenzung ermöglicht ein sanftes Starten und Stoppen der Förderanlage. Diese Funktion dient vor allem dem Befördern von Flüssigkeiten oder bruchempfindlichen Stückgütern. Alle Geräte der Serien K und Penta sind mit einem Metallgehäuse ausgestattet. Die Standardbaureihe umfasst über den kompletten Leistungsbereich sowohl ein integriertes Display als auch integrierte Filter. Optional können die Geräte der Serie Penta sowohl mit verschiedenen Tacho- oder Encoder-Karten als auch mit diversen Kommunikationskarten, wie z. B. CANopen, Profi bus DP und Interbus, erweitert werden. Durch eine für die Frequenzumrichter der Serie Penta verfügbare Sondersoftware lassen sich u. a. Pumpennetzwerke mit bis zu fünf Pumpen vollautomatisch steuern und hierdurch optimal auslasten.

Frequenzumrichter wählt

So konnte Walther Flender auch in der Papierindustrie durch den Einsatz eines Frequenzumrichters der Serie Penta die Wasserzufuhr automatisieren. Die Herstellung von Papier beruht auf einer rund 2.000 Jahre alten Technik, die in ihren Grundzügen bis heute Bestand hat: Pflanzliche Faserstoff e werden in Wasser aufgelöst und verdichten sich bei der Entwässerung auf einem Sieb zu Faservlies, sprich Papier. Im Laufe der Jahre wurde der Prozess der Papierherstellung stetig weiterentwickelt, um zum einen den hohen qualitativen Anforderungen der verarbeitenden Industrie und des Endverbrauchers gerecht zu werden und zum anderen die Produktionskapazität zu steigern. Bestandteil dieser Weiterentwicklung ist u. a. der Einsatz von Frequenzumrichtern zur Steuerung der Pumpennetzwerke. Der Frequenzumrichter wählt automatisch einzelne Pumpen im Wechsel aus, sodass jederzeit alle Pumpen die gleichen Betriebszeiten aufweisen. Bei entsprechendem Bedarf werden die Pumpen hinzu- bzw. abgeschaltet. So wird die Wasserzufuhr automatisch auf den Produktionsrhythmus angepasst. Zusätzlich wird der oft gefürchtete Pumpenschlag vermieden. Auch bei einem Ausfall eines Frequenzumrichters wird die störungsfreie Steuerung des Pumpennetzwerkes nicht gefährdet, da innerhalb kürzester Zeit auf einen anderen Frequenzumrichter umgeschaltet werden kann. Mithilfe der eingesetzten Software sorgen die Frequenzumrichter innerhalb des Pumpennetzwerkes für eine präzise Regelung des Wasserfl usses und eine kontinuierliche Fördermenge. Die vier verschiedenen Frequenzumrichter-Serien eignen sich für verschiedenste Anwendungen u. a. in der Fördertechnik und dem allgemeinen Maschinebau. Durch die konsequente Erweiterung der mechanischen Antriebstechnik um die elektronische Komponente, geht die Walther Flender Gruppe einen weiteren wichtigen Schritt in Richtung System-Engineering.

Silvia Sperling, Walther Flender Gruppe/ps

Fakten

¦ Mit den Frequenzumrichtern der Serien K und Penta stehen nun auch die jüngsten, aber gleichzeitig auch die innovativsten Varianten der Walther Flender Gruppe zur Verfügung.

¦ Die Geräte sind in den Varianten 200 bis 240 V und auch 380 bis 500 V verfügbar. Der Leistungsbereich erstreckt sich von 1,3 bis 2.000 kW.

¦ Ebenfalls ist ein Bremstransistor mit einer Leistung von bis zu 132 kW in die Frequenzumrichter dieser Serien eingebaut.

Erschienen in Ausgabe: 08/2007