DER KONSTRUKTEUR 12/2016

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SPECIAL MECHATRONIK SPECIAL 42 DER KONSTRUKTEUR 12/2016
MECHATRONIK LASTENMANAGER An die Grenzen des Machbaren gehen und trotzdem auf der sicheren Seite bleiben! Intelligente IGBT-Leistungssteller schaffen dies in industriellen Wärmebehandlungs-Anlagen. Autor: Katrin Broichhausen, GEFRAN Deutschland GmbH, Seligenstadt Bei der industriellen Wärmebehandlung ist die präzise Steuerung der Heizelementetemperatur für die Wirtschaftlichkeit des Prozesses von entscheidender Bedeutung. IGBT-Leistungssteller mit elektronischer Sicherung ermitteln kontinuierlich den Strom an der Last, erkennen damit externe Kurzschlüsse und Überlasten und schützen die Heizleiter durch rechtzeitiges Abschalten. Ein Sicherungswechsel und die damit verbundenen Kosten entfallen. Um industrielle Öfen wirtschaftlich und sicher betreiben zu können, müssen entscheidende Parameter zuverlässig geregelt werden. Dazu zählen die präzise Temperaturführung sowie die Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit des Stromnetzes. Nicht zuletzt muss der Energieverbrauch der Anlage in der Art und Weise optimiert werden, dass die durch den Netzanbieter berechnete Energie möglichst günstig wird. Dabei ist häufig nicht der tatsächliche Stromverbrauch die Regelgröße, sondern die geschickte Verteilung und Reduzierung von Abnahmespitzen pro Zeiteinheit. Zur prozess- und kostenoptimierten Steuerung der Heizleiter können moderne Leistungssteller mit IGBT-Technologie eingesetzt werden, sofern sie eine entsprechende Funktion anbieten und durch ein entsprechendes Lastenmanagement Abnahmespitzen vermeiden. IGBT-Leistungssteller wie der GFW Xtra von Gefran lassen sich mit den unterschiedlichsten Heizlasten verknüpfen und erlauben den dreiphasigen Betrieb für die vier Betriebsarten Nullspannungsschaltend (ZC Zero Cross), Pulspaketsteuerung (BF Burst Firing), optimierte Pulspaketsteuerung (HSC Half Single Cycle) und Phasenanschnittsteuerung (PA) sowie deren Kombination. Das schont die Heizwiderstände und reduziert netzungünstige Betriebsarten auf ein notwendiges Mindestmaß. LEISTUNGSSTELLER MIT ÜBERSPANNUNGSSCHUTZ Für den neuartigen Überspannungsschutz der IGBT-Leistungssteller ermittelt die Software schnell und kontinuierlich den Strom an der Last. Überschreitet dieser einen voreingestellten Sollwert, wird der Stromkreis sofort unterbrochen, bevor Last oder Leistungsteil geschädigt werden. Die Stromunterbrechung erfolgt im Mikrosekundenbereich. Zur Wiederaufnahme des Heizbetriebes stehen verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung. In der Regel wird der automatische Reset bevorzugt. Dabei wird das System mit einer Soft-Start-Rampe (Kurzschluss Test) innerhalb kürzester Zeit wieder in Betrieb genommen. Die elektronische Sicherung ist denkbar einfach zu bedienen und sie lässt einen Kurzschluss – beispielsweise durch Kondensat oder Metallspritzer – nicht gleich zum Maschinenstillstand führen. Im Gegenteil: Das Gerät erkennt, ob ein dauerhafter Schaden entstanden ist und gibt entsprechenden Alarm. Handelt es sich nur um eine kurzfristige Störung, fährt der Leistungssteller das Heizsystem wieder hoch. Er erkennt auch Probleme frühzeitig und gibt präzise an, welche Komponenten – Heizelemente, Übergangswiderstände oder ähnliches – die Störung verursachen. Zudem regelt er jede DIE IGBT-LEISTUNGSSTELLER SIND INDUSTRIE-4.0-TAUGLICH Heizzone einzeln. So führt das Versagen eines Heiz elements nicht zur Überlastung der restlichen intakten Elemente. Sie nehmen keinen Schaden. Damit gewähren IGBT-Leistungssteller ein hohes Maß an Produktionssicherheit sowie Bedien- und Wartungsfreundlichkeit. DER KONSTRUKTEUR 12/2016 43
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