Stetig steigende Stromkosten entwickeln sich zunehmend zu einem Wettbewerbsfaktor im Ofenbau. Ein effizientes Energiemanagement ist daher maßgeblich für den unternehmerischen Erfolg. Im Aluminium-Niederdruckgießverfahren können intelligente Heizsysteme aus neuartigen Heizelementen und innovativen Leistungsstellern bis zu 30 % der Energiekosten einsparen.
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Wie können Automatisierer KI-Modelle intuitiv entwickeln und in die Steuerung integrieren? Wie lässt sich überschüssige Energie im Antriebsverbund wieder...
Die Autorin: Katrin Broichhausen, Business Development Manager, Gefran, Seligenstadt
Schöne Felgen lassen das Herz eines jeden Autofans höher schlagen. Hergestellt werden sie auch aus Aluminiumlegierungen. Das Einschmelzen und Warmhalten des Metalls sind energieintensive Vorgänge. Die Entwicklung einer nachrüstbaren Heiztechnologie, mit der sich bei der Felgenproduktion aus Aluminium maßgeblich Strom sparen lässt, war das Ziel eines gemeinschaftlichen Forschungsprojekts der Unternehmen amTec Furnace Technology GmbH, Sandvik Materials Technology Deutschland GmbH (Kanthal) und Gefran Deutschland GmbH.
Bei der Felgenherstellung ermöglicht das Niederdruckverfahren die Erstellung von Gussteilen mit exzellenten mechanischen Eigenschaften. Bislang kommen hier Heizelemente aus Siliziumcarbid (SiC) zum Einsatz. Sie sind robust, benötigen jedoch lediglich eine Spannung von 82 V. Allerdings ist ein Angleichen der Netzspannung von 230 bzw. 400 V mithilfe eines Transformators oder Thyristors erforderlich. Dies senkt den Wirkungsgrad und bedingt zusätzlich teure Oberwellenfilter. „Ein teures Energiemanagement macht hier wenig Sinn, denn es steigert den Wirkungsgrad nicht“, sagt amTec-Geschäftsführer Jens Glücklich. Er hatte die Idee, dass ein metallischer Heizleiter mit konstantem Ohmschen Widerstand die Lösung sein könnte. Kanthal stellte für Tests entsprechende Heizelemente zur Verfügung. Da diese mit 230 V betrieben werden können, beträgt der Wirkungsgrad nahezu 100 %. Zu kompensierende Oberwellen entstehen nicht.
Leistungssteller mit Überstromschutz
Die neuen Heizleiter gestatten eine zügigere Steuerung des Systems, reagieren jedoch auch deutlich schneller auf Störungen als SiC-Heizstäbe. Daher benötigen sie eine wesentlich präzisere und feinere Ansteuerung. Mit den GFW-Leistungsstellern mit Überstromschutz aus der Xtra-Baureihe stellt Gefran eine solche Regelung zur Verfügung. „Die Xtra-Leistungssteller erfüllten bereits auf dem Papier 90 % unserer Anforderungen“, sagt Jens Glücklich. „Sie bieten sehr viele Möglichkeiten, den Prozess zu regeln und lassen sich durch ihre Programmiermöglichkeiten schnell an das jeweilige Verfahren angleichen. Zudem sind sie in vollem Umfang busfähig und erlauben damit die Einbindung in die gesamte Anlagensteuerung.“ Ein weiterer entscheidender Vorteil: Der GFW Xtra nutzt die IGBT-Technologie (Insulated-Gate Bipolar Transistor = Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode). Dabei ermittelt die Software schnell und kontinuierlich den Strom an der Last. Überschreitet er einen bestimmten Sollwert, wird der Stromkreis innerhalb von wenigen Mikrosekunden unterbrochen. Dies schützt Last und Leistungsteil vor Schäden.
Geringere Stillstandzeiten, höhere Maschinenverfügbarkeit
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. Das Eingreifen einer Fachkraft ist dazu nicht erforderlich. Denn bei den Leistungsstellern der Xtra-Serie ist die elektronische Sicherung denkbar einfach zu bedienen. Bei ihr führt ein Kurzschluss nicht gleich zum Maschinenstillstand. Im Gegenteil: Die Sicherung erkennt, um welche Art von Schaden es sich handelt und reagiert entsprechend. Ist es nur eine kurzfristige Störung wie ein vor-übergehender Kurzschluss über die Feuerfestauskleidung, Netzspannungsschwankungen, Feuchtigkeit oder Staub an der Last, fährt der Leistungssteller das Heizsystem wieder hoch. Zudem gibt er präzise an, welche Komponenten – Heizelemente, Übergangswiderstände oder ähnliches – die Störung verursachen. Da der GFW Xtra jede Phase einzeln regelt, führt das Versagen eines Heizelements nicht zur Überlastung der restlichen intakten Elemente. Damit gewährt er ein hohes Maß an Produk-tionssicherheit sowie Bedien- und Wartungsfreundlichkeit. Geringere Stillstandzeiten und eine höhere Maschinenverfügbarkeit wirken sich unmittelbar positiv auf die Produktivität und den Profit aus. Besonders bei dem Betrieb von kontinuierlich beheizten Öfen oder in Anlagen, die im 2- bis 3-Schichtbetrieb fahren, senken Xtra-Leistungssteller die Notwendigkeit zu Eingriffen durch eine Fachkraft signifikant. Die Produktion läuft wesentlich störungsfreier. Bei den Versuchen von Jens Glücklich zeigte sich, dass die neue Heiztechnologie den Stromverbrauch drastisch senkt. „Die Energiekosten des neuen Systems liegen um bis zu 30 % unter denen aktueller Verfahren. Durch den Verzicht auf Transformatoren entfällt auch deren Wirkungsgradverlust. Zudem verlängerten sich die Anschlussstandzeiten und die Leistungsverluste sanken“, zieht Jens Glücklich eine erste Bilanz. I
Halle 4, Stand 260
Info & Kontakt
Gefran GmbH
Katrin Broichhausen
Business Development Manager
Tel.: 06182 809-280
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