Servoregler Servo-Antriebslösung sichert hohe Verfügbarkeit bei der Produktion von Glasfasergeweben

Die Menzel Maschinenfabrik aus Bielefeld hat sich auf Anlagen spezialisiert, die die Glasfasern nach dem Weben durch eine Imprägnierung dauerhaft fixieren. In der neuesten Maschinengeneration sind durchgängig Servoregler der Reihe Servo Drives 9400 von Lenze mit integrierter Sicherheitstechnik im Einsatz.

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Optimierte Kraftaufnahme, hohe Zugfestigkeit, verschiebefest, alkalibeständig, frei von Weichmachern – das sind fünf wesentliche Eigenschaften, die ein Glasfasergewebe im Außenputzbereich erfüllen müssen. „Würden wir das Gittergewebe nach der Webmaschine nicht fixieren, würden die Fasern gegeneinander verrutschen und nicht im Verbund bleiben“, erklärt Dipl.-Ing. Helmuth Gossler aus dem technischen Verkauf bei Menzel. Eine weitere wichtige Funktion der latexähnlichen Suspension für die Fixierung ist die Imprägnierung. Sie schützt die Glasfaser vor dem hohen pH-Wert im Putz. „Das Material würde sich sonst in der alkalischen Umgebung sehr schnell zersetzen.“ Folglich ist die lückenlose Beschichtung bei der sogenannten Foulardierung das entscheidende Qualitätsmerkmal im Produktionsprozess.

Antriebslösung aus Servoregler und Drehstrommotor

Automatisierungstechnisch betrachtet, übernimmt das Foulard-Modul in der Anlage von Menzel die Rolle des Leitantriebs – konkret in Form einer drehzahlgeregelten Zugwalze. Die Antriebslösung dafür hat Menzel zusammen mit dem Spezialisten für Antriebs- und Automatisierungstechnik Lenze entwickelt. Sie besteht aus einer Kombination aus Servo Drives 9400 und Standarddrehstrommotor mit Kegelstirnradgetriebe der Lenze-Reihe GKS. Ein weiterer Servoregler baut beim davor liegenden Zugwerk 1 die im Herstellungsprozess exakt vorgegebene Gewebespannung auf.

Wesentliche Anforderungen an die Antriebstechnik waren an dieser Stelle vor allem der hohe Stellbereich in Verbindung mit einer überaus präzisen Regelgüte. Die Servo Drives 9400 verfügen über spezielle Reglerelemente für den gezielten Gleichlauf. Sie reduzieren die Winkelabweichung zum Leitantrieb um den Faktor fünf im Vergleich zu Standardlösungen. Die hohe Auflösung in Verbindung mit einer Beschleunigungsvorsteuerung führt zudem zu einer überaus exakten Motorregelung, die den Antrieb bei einem verkleinerten Schleppfehler schneller reagieren lässt. Deshalb sind die Servoregler bestens geeignet, um eventuelle Drehzahlabweichungen umgehend auszugleichen.

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Servoregler für hohe Energieeffizienz per Zwischenkreis verbunden

Die Rückführung der herrschenden Momente erfolgt über Zugmessstationen. „Wir müssen an dieser Stelle sehr exakt sein. Die technischen Eigenschaften der Gewebe unterliegen schließlich auch internationalen Normen“, erklärt Konstruktionsleiter Dipl.-Ing. Ekhard Neumann. „Als Beitrag zur Produktnachverfolgbarkeit werden die Züge deshalb dokumentiert.“ Die Automatisierungsstruktur der Anlage lässt es ferner zu, die Züge im Rahmen einer Produktrezeptur mit zu hinterlegen.

Weil das Zugwerk 1 im generatorischen Betrieb arbeitet, beim „Gegenhalten“ also die Bremsenergie in Strom wandelt, sind die Servoegler im Schaltschrank für eine hohe Energieeffizienz per Zwischenkreis miteinander verbunden. Vergleichbares gilt für die Kombinationen aus Ab- und Aufwickler zu Beginn und am Ende des Imprägnierprozesses.

Getriebemotor wird durch Servoregler geregelt

Glasgittergewebe wird in den Menzel-Anlagen mit einer Materialbreite von üblicherweise 2,2 bis 3,2 Metern nach dem Abwickeln zunächst durch einen Zwischenspeicher gefahren. Dieser puffert das Material beim Rollenwechsel, versorgt so kontinuierlich die Foulardierung – also das Vollbad des Gewebes mit dem flüssigen Polymer. Danach wird das ausgerüstete Substrat durch ein Walzenpaar geleitet, um den Flottenüberschuss auf ein genau definiertes Maß abzuquetschen. Die darüber liegende, gasbetriebene Heizstrecke trocknet die feuchte Oberfläche so weit, dass das Gewebe nicht mehr auf den nachfolgenden Walzen festkleben kann.

Dann geht es in den Haupttrockner, in dem die Imprägnierung bei 140 bis 160 Grad Celsius vollständig polymerisiert. Je nach Materialdicke und Art des Webgitters durchläuft das Gewebe den Trockner in zwei bis fünf Minuten. Die Geschwindigkeit bis zu 60 Meter in der Minute gibt das Zugwerk 3 am Auslauf des gasbeheizten Umlufttrockners vor. Die Regelung des Getriebemotors erfolgt auch hier geschwindigkeits- und momentengeregelt durch einen Lenze-Servoregler.

Einsatz des Lenze-Frequenzumrichters wegen integrierter Sicherheitstechnik

Dem Anspruch folgend, Anlagen zu bauen, die möglichst sparsam mit Energie umgehen, ist die Drehzahl der Belüftungsventilatoren für den Trockner steuerbar. Eingesetzt werden dafür die neuen Lenze-Frequenzumrichter der Reihe Inverter Drives 8400 in der Ausbaustufe StateLine. Entscheidungskriterien für die Auswahl der neuesten Frequenzumrichter-Generation waren die integrierte Sicherheitstechnik (Safe Torque Off) und die einfache Integration in den Gesamtverbund. Die Inverter Drives 8400 gehören ebenso wie die Servo Drives 9400 zu Lenzes Antriebs- und Automatisierungsplattform L-force, die Lösungen aus einem Guss ermöglicht.

Hat das Gewebe den Umlufttrockner verlassen, ist es aus dem Blickwinkel der technischen Eigenschaften heraus fertig. In der Regel folgen noch zwei Druckwerke für Markierungen und Herstellerlogo sowie ein kleiner Trockner für die Farbe. Dann geht es erneut durch einen Zwischenspeicher hindurch und in der Mitte getrennt wieder auf zwei Rollen angetrieben von Standarddrehstrommotoren mit Kegelstirnradgetriebe und Servo Drives 9400 als Regler.

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Sensordaten kommen über den Feldbus

Als zentrale Kommunikationsverbindung von der SPS zu den Antriebsreglern setzt Menzel Profibus DP ein. Über den Feldbus werden auch sämtliche Sensordaten geschickt. Dabei nutzt das Unternehmen die Servo Drives 9400 auf effiziente Weise als Gateway. „Wir lesen die Sensordaten über die Anlogeingänge der Regler ein. Die sind schließlich serienmäßig mit an Bord“, erklärt Ekhard Neumann. „Wir profitieren nicht nur hier von der langen Partnerschaft mit Lenze. Sie zeichnet sich aus durch die schnellen Reaktionszeiten bei Beratung, Lieferung und Service sowie die hohen Auslegungskompetenz aufgrund des umfangreichen Anwendungs-Know-how.“

Integrierte Sicherheitstechnik

Integriert in die Servo Drives 9400 ist auch die funktionale Sicherheit. Sie ist so konzipiert, dass beim Auslösen eines Lichtvorhangs oder auch bei Arbeiten des Bedienpersonals im Einrichtbetrieb sowie beim Rollenwechsel die Antriebe des jeweils betroffenen Bereichs momentenfrei geschaltet werden (STO, Safe Torque Off). Weil dieses bei der antriebsbasierten Sicherheitstechnik direkt im Umrichter durch Unterbrechung der Impulsmuster der Optokoppler erfolgt, lassen sich die Antriebe schneller abschalten und wieder anfahren. Folglich verhindert diese Technik, dass Arbeiten im Sicherheitsbereich die Produktivität übermäßig beeinträchtigen. Die Servo Drives 9400 reservieren für die „Drive-based Safety“ eigens einen Steckplatz für ein Modul – in diesem Fall für das SM100 mit der Funktion STO (Safe Torque Off). Verfügbar ist aber auch das funktional weitergehende SM301, das folgenden Funktionsumfang abdeckt:

• STO, SS1, SS2,
• Sicher begrenzte Geschwindigkeit (SLS),
• Sichere Maximalgeschwindigkeit (SMS),
• Sichere Geschwindigkeitsrückmeldung (SSM),
• Betriebsartenwahlschalter (OMS) mit Zustimmung (ES),
• Sichere zweikanalig ausgeführte I/Os,
• Sichere Parametrierung zur Anpassung der sicheren Parameter,
• Sichere Bewegungsrichtung (SDI) und
• Profisafe via Profibus und Profinet.

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Nicht zuletzt durch den modularen Aufbau der Servo Drives 9400 und der integrierten Sicherheitstechnik unterstützt die Lenze-Antriebslösung das Konstruktionsprinzip der Menzel-Anlagen. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass sie statt fester Komponenten ein flexibler kombinier- und anpassbarer Baukasten aus standardisierten Modulen bieten. „Wir können unsere Anlagen auch über mehrere Etagen in ein Gebäude buchstäblich hineinbasteln“, verweist Helmuth Gossler ein wenig stolz auf zurückliegende Projekte und die „konstruktive Flexibilität“, die bei der Menzel Maschinenfabrik ein Alleinstellungsmerkmal im internationalen Markt darstelle.

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