A A A
| Sitemap | Kontakt | Impressum | Datenschutz
ETZ Logo VDE Verlag Logo

Direktantriebe mit Bremsmodulen sparen spürbar Energie

01  Für die Stahlverarbeitung sind die modularen Anlagen schlank aufgebaut

01  Für die Stahlverarbeitung sind die modularen Anlagen schlank aufgebaut

02  Die in der Verpackungsanlage von Vogel-Bauer beim Absenken der Last erzeugte ­Bremsenergie wird mit einem KCM-Modul von Kollmorgen zwischengespeichert

02  Die in der Verpackungsanlage von Vogel-Bauer beim Absenken der Last erzeugte ­Bremsenergie wird mit einem KCM-Modul von Kollmorgen zwischengespeichert

03  Die hohe Drehmomentdichte der Cartridge-DDR-Motoren sorgt mit wenig Raum für Handlingsgeschwindigkeiten bis 5 m/s

03  Die hohe Drehmomentdichte der Cartridge-DDR-Motoren sorgt mit wenig Raum für Handlingsgeschwindigkeiten bis 5 m/s

04  Das Energiesparmodul KCM S erhöht die Energieeffizienz im Materialfluss, weil sich die Bremsenergie wieder für das ­Beschleunigen nutzen lässt

04  Das Energiesparmodul KCM S erhöht die Energieeffizienz im Materialfluss, weil sich die Bremsenergie wieder für das ­Beschleunigen nutzen lässt

Die neue Coilverpackungsanlage beim Solinger Edelstahlservicecenter Vogel-Bauer zeigt anschaulich, mit welchen Maßnahmen sich heute effektiv Energie einsparen lässt. Den Löwenanteil am Effizienzgewinn der von KBD Engineering gebauten Anlagen nimmt die intelligente Konzeption der Mechanik samt Antriebstechnik ein. Bereits hier hat der Kölner Maschinenbauer die Basis geschaffen, die Maschinenabläufe der Coilverpackungsanlage von Grund auf effizient – also mit hohem Wirkungsgrad – zu gestalten. Erst im zweiten Schritt nutzen sie Technik, um die beim Absenken von Lasten entstehende Bremsenergie wiederzuverwenden. Für beide Bereiche setzt KBD auf Antriebslösungen von Kollmorgen.

Mit Längsteilanlagen bringen Edelstahlservicecenter wie Vogel-Bauer in Solingen die bis zu 12 t schweren Muttercoils aus den Stahlwerken auf die gewünschte Bahnbreite. Das Spaltband muss anschließend wieder zu einem Coil aufgewickelt und versandfertig verpackt werden. Dafür hat der Edelstahlverarbeiter jetzt eine neue Anlage in Betrieb genommen, „die insbesondere in puncto Leistungsfähigkeit und Arbeitssicherheit völlig neue Maßstäbe setzt“, freut sich der technische Geschäftsführer Gerald Vogel. Nur acht ­Monate hat KBD Engineering gebraucht, um die neuartige Coilverpackungsanlage CVL 2000 (Bild 1) zu planen, zu konstruieren, zu bauen und nach der Inbetriebnahme schlüsselfertig zu übergeben.
Die wesentliche Aufgabe der CVL 2000 besteht darin, die auf einem Drehkreuz befindlichen Spaltadern mithilfe eines fahrbaren Coil-Kippwagens zu übernehmen und exakt positioniert auf einem Ablegetisch mit reißfesten Kunststoffbändern quer abzubinden. Nach dem ­Wiegen der Ware entnimmt die Manipulatoreinheit mit großer Vakuumsaugplatte die lieferfertigen und bis zu 2,5 t schweren Stahlcoils und stapelt sie auf Versandpaletten (Bild 2). Die vertikale Z-Achse nimmt nach Auskunft von Alexander Demidko, Geschäftsführer von KBD, in diesen Aufläufen die Schlüsselrolle ein, weil sie die Last der Coils innerhalb eines schnellen Produk­tionstaktes sicher heben und senken muss.

Hohe Leistungsdichte der Direktantriebe
Realisiert ist das Ganze mit modernen Direktantrieben – und zwar mit Motoren aus der Reihe Cartridge DDR (Bild 3) von Kollmorgen. Der Rotor des Servomotors ist mit seiner Klemmkupplung direkt mit der Kugelumlaufspindel der Linearachse verbunden. Dieser Aufbau reduziert das Spiel auf ein Minimum und erhöht gleichzeitig den Wirkungsgrad, weil die Achse weder ein Getriebe noch Kupplungselemente benötigt. „Wir haben gemeinsam mit Kollmorgen eine kraftvolle und präzise Lineareinheit geschaffen“, betont A. Demidko. Der Geschäftsführer von KBD Engineering aus Köln nennt in diesem Zusammenhang auch den geringeren Verschleiß und die sinkenden Reibungsverluste als Vorteil. Diese Aspekte schlagen sich in einem höheren Wirkungsgrad und längeren MTBF-Zeiträumen nieder. Die hohe Drehmomentdichte der Cartridge-DDR-Motoren erlaubt Handlingsgeschwindigkeiten bis 5 m/s mit vergleichsweise kleinen Antrieben. KBD kann dadurch Maschinen kleiner projektieren und hat insgesamt mehr Freiheit in der Platzierung der Aktorik. Der raumsparende Aufbau der Maschine war bei Vogel-Bauer allein schon deshalb ein ­Thema, weil die neue Coilverpackungsanlage in eine bestehende Produktion zu integrieren war.
Reglerseitig greifen die Kölner Engineeringexperten ebenfalls auf das Kollmorgen-Portfolio zurück und nutzen die Möglichkeiten der AKD-Servoregler über die Standardparametersätze voll aus. „Diese maximale Freiheit ist aus der langjährigen engen Zusammenarbeit mit Kollmorgen heraus gewachsen“, zeigt sich A. Demidko zufrieden. „Wir müssen für unsere Kunden das Beste einsetzen und beobachten deshalb aufmerksam den Markt. Sammeln wir Erfahrung mit neuer Technik, dann geben wir dieses ­Wissen an unsere Kunden weiter.“ Dieser Know-how-Transfer verbessert die Zukunftssicherheit von Maschinen, weil die dafür eingesetzten Komponenten nicht das Risiko mit sich bringen, in wenigen Jahren abgekündigt zu werden. Investitionssicherheit sei ähnlich wichtig, wie die reine Funktion.

Ressourcen sparen im Maschinenbau
KBD legt ebenfalls großen Wert darauf, Maschinen möglichst schlank zu bauen und dabei sparsam mit Materialien umzugehen. Dieser Anspruch mündet bei der CVL 2000 in der dargestellten Aktorik mit Direktantrieben. Letztlich sei nach Auskunft von A. Demidko alles darauf ausgelegt, den Wirkungsgrad – und damit die Effizienz – zu steigern. Und wenn die zehn Antriebsachsen der Coilverpackungsmaschine einen hohen Wirkungsgrad an den Tag legen, dann lohnt es sich auch, das Potenzial der Bremsenergie zu erschließen. „Wenn ich von vornherein ein System mit niedrigem Wirkungsgrad betreibe, dann ist es wenig sinnvoll, den mageren Rest an Bremsenergie zurückzugewinnen, weil vorher schon zu viel Potenzial durch Reibungswärme verloren gegangen ist.“

Generatorische Energie effizient genutzt
Die hohe Energieeffizienz der Direktantriebe ist ausschlaggebend dafür, dass es sich in der Produktion von Vogel-Bauer überhaupt lohnt, die elektrische Energie aus dem Generatoreffekt beim Absenken in einen Zwischenspeicher zu führen. KBD setzt dafür die KCM-S-Kondensatormodule (Bild 4) von Kollmorgen ein. Diese sind darauf ausgelegt, die beim Bremsen erzeugte Energie temporär aufzunehmen, um sie dem nächsten Hubvorgang wieder zur Verfügung zu stellen. Auf diese Weise sinkt der Leistungsbedarf und gleichzeitig werden die Stromspitzen geglättet. Vor diesem Hintergrund sind die KCM-S-Module auch direkt mit dem DC-Zwischenkreis der AKD-Servoregler verbunden. Dieser Aufbau sorgt dafür, dass die Speicherung einfach und mit geringen Verlusten erfolgt. Die Einheiten empfehlen sich deshalb gerade für nicht so hohe Lasten. Bei Vogel-Bauer tritt beim Absenken eines Coils über einen Zeitraum von 6 s eine Bremsenergieleistung von 7 kW auf – was 42 kWs entspricht. Mit den zwei installierten Kondensatormodulen KCM-S lassen sich davon 3,2 kWs aufnehmen – plus weitere 110 Ws über den eigenen Gleichstromzwischenkreis der AKD-Servoregler.
Dieses Verfahren mag auf den ersten Blick aus Sicht der reinen Leistungsdaten recht unscheinbar sein. Angesichts der Tatsache, dass die gespeicherte Bremsenergie aber dazu verwendet wird, die leere Hubfahrt zu versorgen, lässt sich damit jedoch der dafür notwendige Energiebedarf zu einem maßgeblichen Anteil decken – und zwar mit einer recht simplen Speicherlösung. „Unsere Einsparungen liegen aufgrund der geringen Lasten zwischen 300 € und 400 € im Jahr. Das klingt zunächst recht wenig, rechnet sich aber wirtschaftlich und aus dem Blickwinkel der Nachhaltigkeit sowieso. Rückgewinnung lohnt sich immer“, betont A. Demidko.

Fazit
Das Zusammenspiel von kurzen Transportwegen, energieeffizienten Antrieben sowie die kapazitive Speicherung der Bremsenergie ermöglicht in dieser Anwendung eine Senkung des Anlagenenergieverbrauchs um 30 % bis 50 % gegenüber konventionellen Lösungen. Hierbei geht die steigende ­Effizienz auch noch einher mit einer höheren Produktivität und Verpackungsqualität, weil der Vakuumgreifer die Coils schonender transportiert, als mit Rollenbändern. Dieser Qualitätsgewinn beim Verpacken lässt sich sehen, indem die Kanten des Stahlbands heile bleiben und auch Abdrücke durch das Rollenband verhindert werden. (no)

Lars Kühn ist Applikationsingenieur bei Kollmorgen in Ratingen. lars.kuehn@kollmorgen.com

Lars Kühn ist Applikationsingenieur bei Kollmorgen in Ratingen. lars.kuehn@kollmorgen.com