Eine Publikation der Binkert Medien AG
Ausgabe 11/2017, 10.11.2017

Beim Bremsen Energie gewinnen

Beim Edelstahlservicecenter Vogel-Bauer Edelstahl GmbH in DE-Solingen zeigt eine neue Coilverpackungsanlage anschaulich, wie mit Direktantrieben mit integrierten Bremsmodulen spürbar Energie gespart werden kann.

Den Löwenanteil am Effizienzgewinn der vom Kölner Maschinenbauer KBD Engineering für die Vogel-Bauer Edelstahl GmbH & CO. KG gebauten Anlagen nimmt die intelligente Konzeption der Mechanik samt Antriebstechnik ein. Damit wurde die Basis geschaffen, die Maschinenabläufe der Coilverpackungsanlage von Grund auf mit hohem Wirkungsgrad zu gestalten. Erst im zweiten Schritt nutzen die Kölner Technik, um die beim Absenken von Lasten entstehende Bremsenergie wiederzuverwenden. Für beide Bereiche setzte KBD auf Antriebslösungen von Kollmorgen.

Mit Längsteilanlagen bringen Edelstahlservicecenter wie Vogel-Bauer die bis zu 12 t schweren Muttercoils aus den Stahlwerken auf die gewünschte Bahnbreite. Das Spaltband wird anschliessend wieder zu einem Coil aufgewickelt und verpackt. 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. Acht Monate brauchte KBD, um die neuartige Coilverpackungsanlage «CVL 2000» zu planen, zu konstruieren, zu bauen und danach schlüsselfertig zu übergeben.

Die Aufgabe der CVL 2000 besteht darin, die auf einem Drehkreuz befindlichen Spaltadern mit Hilfe eines fahrbaren Coil-Kippwagens zu übernehmen und exakt positioniert auf einem Ablegetisch mit Kunststoffbändern quer abzubinden. Dabei entnimmt die Manipulatoreinheit mit gros-ser Vakuumsaugplatte die lieferfertigen und bis zu 2,5 t schweren Stahlcoils und stapelt sie auf Versandpaletten. Die Z-Achse nimmt in diesen Aufläufen die Schlüsselrolle ein, weil sie die Last der Coils innerhalb des schnellen Produktionstaktes sicher heben und senken muss.

Realisiert ist das Ganze mit Direktantrieben aus der Kollmorgen-Reihe «Cartridge DDR». 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 den Wirkungsgrad, weil die Achse weder Getriebe noch Kupplungselemente benötigt. Weitere Vorteile sind der geringere Verschleiss und die sinkenden Reibungsverluste, was sich in einem höheren Wirkungsgrad und längeren MTBF-Zeiträumen niederschlägt. Die hohe Drehmomentdichte der Direktantriebe erlaubt Handlingsgeschwindigkeiten bis 5 m/s mit vergleichsweise kleinen Antrieben. So konnte KBD Maschinen kleiner projektieren und gewann mehr Freiheit in der Platzierung der Aktorik. Der raumsparende Aufbau der Maschine war schon deshalb ein Thema, weil die neue Coilverpackungsanlage bei Vogel-Bauer in eine bestehende Produktion zu integrieren war. Reglerseitig bedienen sich die Kölner Maschinenbauer ebenfalls im Kollmorgen-System. Dabei nutzen sie die Möglichkeiten der AKD-Servoregler über die Standardparametersätze voll aus.

Letztlich ist alles darauf ausgelegt, den Wirkungsgrad der Anlage und damit deren 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.

Die hohe Energieeffizienz der Direktantriebe ist ausschlaggebend dabei, 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 neuen «KCM-S»-Kondensatormodule von Kollmorgen ein. Sie nehmen die beim Bremsen erzeugte Energie temporär auf, um sie dem nächsten Hubvorgang wieder zur Verfügung zu stellen. Auf diese Weise sinkt der Leistungsbedarf bei einer gleichzeitigen Glättung von Stromspitzen. 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 mit geringen Verlusten erfolgt. Beim Absenken eines Coils über einen Zeitraum von 6 s tritt eine Bremsenergieleistung von 7 kW auf, was 42 kWs entspricht. Mit den zwei Kondensatormodulen 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 Leistungsdaten recht unscheinbar sein. Da aber die gespeicherte Bremsenergie dazu verwendet wird, die leere Hubfahrt zu versorgen, lässt sich damit der dafür notwendige Energiebedarf zu einem massgeblichen Anteil decken. Laut Betreiber liegen die Einsparungen aufgrund der geringen Lasten zwischen 300 und 400 Euro im Jahr. Das klingt zunächst nach wenig, rechnet sich aber wirtschaftlich und aus dem Blickwinkel der Nachhaltigkeit.

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 Prozent gegenüber konventionellen Lösungen.

Dabei geht die steigende Effizienz einher mit einer höheren Produktivität und Verpackungsqualität, weil der Vakuumgreifer die Coils schonender transportiert als es Rollenbänder tun, wobei die Kanten des Stahlbandes intakt bleiben. (msc)

Vogel-Bauer Edelstahl GmbH & CO. KG
DE-42719 Solingen, Tel. +49 212 23027 0
info@vogel-bauer.de
KBD Engineering
DE-51149 Köln, Tel. +49 2203 1869027
info@kbd-engineering.de
Kollmorgen SA
8604 Volketswil, Tel. 043 299 60 50
sales.ch@kollmorgen.com
SPS IPC Drives Halle 3 Stand 648



Die beim Absenken der Last erzeugte Bremsenergie wird mit einem KCM-Modul von Kollmorgen zwischengespeichert. (Bilder: Kollmorgen)


Das KCM-Modul erhöht die Energieeffizienz im Materialfluss, weil sich die Bremsenergie wieder für das Beschleunigen nutzen lässt.


Die hohe Drehmomentdichte der Cartridge-DDR-Motoren sorgt raumsparend für Handlingsgeschwindigkeiten bis 5m/s.