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Sägeschutzsysteme

Elektronischer Schutzengel wenn der Säge der Saft ausgeht

| Autor/ Redakteur: Thomas Herold / Peter Königsreuther

In der Fertigungsindustrie gehört es zum Super-Gau, wenn bei laufender Produktion der Strom ausfällt. Damit es dennoch zu keinen dramatischen Schäden kommt, sollte man zu einem aktiven Energiemanagementsystem greifen.

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Wenn Kreissägen während der Bearbeitung plötzlich der Strom ausgeht, kann das für den Anwender bezüglich des Sägeblatts und des Werkstücks teuer werden. Doch es gibt Systeme, die das Schlimmste verhindern.
Wenn Kreissägen während der Bearbeitung plötzlich der Strom ausgeht, kann das für den Anwender bezüglich des Sägeblatts und des Werkstücks teuer werden. Doch es gibt Systeme, die das Schlimmste verhindern.
(Bild: Koch)

Möglichst kontinuierliche Produktionsprozesse sind das Ziel jedes produzierenden Betriebs – unabhängig vom geografischen Standort der Fertigungssysteme. Die regionalen Gegebenheiten hinsichtlich der Energieversorgung können jedoch von Land zu Land und sogar innerhalb eines Landes sehr unterschiedlich ausfallen. So zählen instabile Netze zu den kritischen Standortfaktoren.

Kommt es beispielsweise beim Kreissägeprozess während des Trennvorganges zum Netzausfall, können kostspielige und zeitaufwendige Produktionsausfälle die Folge sein.

Problemfall Stromversorgung

Denn schnell verkeilt sich dabei das teure Sägeblatt mit dem nicht selten auch teuren Werkstück. Entweder brechen dann die Zähne der Sägeblätter oder das Werkstück wird zerstört. Im schlimmsten Fall passiert beides. Man denke dabei auch an die teilweise riesigen Sägemaschinen, entsprechend groß sind auch die Werkstücke. Der Austausch eines Sägeblatts dauert dann mehrere Stunden und geht ins Geld. Genauso wie der mögliche Schaden am Werkstück.

Eine hohe Zuverlässigkeit, eine gute Performance und die perfekte Schnittgenauigkeit und -qualität sind aber wesentliche Anforderungen, die für einen störungsfreien Sägebetrieb gewährleistet sein müssen. Hauptverantwortlich dafür ist eine gegen solche Störungen abgesicherte Antriebstechnik, besonders in Ländern mit instabilem Stromnetz, wo das Problem mehrmals am Tag droht.

Leistungsschub bannt Gefahren

Deshalb sollte man bei der Konstruktion von Sägen, wie beispielsweise Blocksägen, auf die aktiven Energiemanagementlösungen der Michael Koch GmbH setzen, welche diese Gefahren sicher bannen können.

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Die Michael-Koch-Systeme funktionieren so: fällt die Stromversorgung aus, benötigt die Säge sofort und für eine kurze Zeit die höchste Leistung. In diesem ersten Moment wird der Sägevorschub gestoppt und gleichzeitig umgekehrt, damit das Sägeblatt aus dem Eingriff gebracht wird. Denn mithilfe des aktiven Energiemanagementsystems können deutlich mehr als 100 kW Leistung für mindestens eine Sekunde zur Verfügung gestellt werden. Somit ist der größte drohende Schaden bereits abgewendet.

Für den folgenden Prozess reicht dann eine wesentlich geringere Stützleistung für eine Dauer von maximal 10 s aus, in der das rotierende Sägeblatt aus dem Werkstück herausgefahren und in eine sichere Position gebracht wird. Weder das wertvolle Sägeblatt noch das Werkstück werden dabei beschädigt. Gibt es wieder Strom, kann die Anlage sofort weiterarbeiten. Eine Referenzfahrt ist dabei nicht notwendig. Gleichzeitig wird das aktive Energiemanagementsystem von Koch für den nächsten Stromausfall wieder schonend aufgeladen, um die Ladeschaltung des Drive Controllers nicht zu überlasten.

Die sogenannten Drive Controller sind in der elektrischen Antriebstechnik von Koch die befehlsgebende Instanz. Weil solche Geräte den Wechselstrom aus dem Netz erst in Gleichstrom und diesen dann in den passenden Wechselstrom für den Motor umwandeln müssen, werden sie auch Frequenzumrichter genannt. In der Folge erzeugt dann dieser „umgerichtete Wechselstrom“ im Antrieb die gewünschte Richtung und Geschwindigkeit.

Zeitpräzise Optimalleistung

Für die Funktionalität des Drive Controllers ist deshalb das Management des Energieniveaus beziehungsweise -haushalts von großer Bedeutung. Genau hier setzt das aktive Energiemanagementsystem von Koch an: Es steuert den Energiehaushalt des Antriebssystems der Säge. Im beschriebenen Beispiel besteht das maschinenindividuelle, aktive Energiemanagementsystem aus vier parallel geschalteten Dynamischen Speicher-Managern DSM 4.0 und sechs Doppelschicht-Kondensator-Modulen, auch Supercapmodule genannt, als Speichermedium. Außerdem ist eine sichere Entladeeinheit SDU für Kapazitäten mit einer Entladeleistung von rund 1400 W mit an Bord. Somit können im Wartungsfall Arbeiten im Schaltschrank nach sehr kurzer Zeit gefahrlos vorgenommen werden.

Das aktive Energiemanagementsystem liefert Koch auf Wunsch des Kunden als komplette Turnkey-Schaltschranklösung, die mit dem Kürzel KTS bezeichnet werden. Der DSM 4.0 ist jedoch das Herz des ganzen Systems und die aktive Verbindung zwischen elektrischen Speichern und dem internen Gleichstromnetz des Drive Controllers. Was auch immer der Energiehaushalt des Drive Controllers dem DSM 4.0 an Aufgaben stellt, der Dynamische Speicher-Manager führt sie so schnell aus, dass es für die Maschine quasi unbemerkt abläuft. Der DSM 4.0 sorgt in jeder Situation dafür, dass die optimale Leistung über die Zeit zur Verfügung steht. Und zwar in beide Richtungen: antreibend oder bremsend.

Wenn dem Drive Controller wegen des Netzausfalls nicht mehr ausreichend Energie zur Verfügung steht, übernimmt der DSM 4.0 dessen Funktion und versorgt gemäß der definierten Vorgabe aus seinen Speichern heraus das Geschehen. Im beschriebenen Anwendungsfall sind Supercaps als Speichermedium wegen der hohen Energiedichte und kurzen Lade-/Entladezeiten am besten geeignet. In anderen Fällen genügen auch Speichermedien wie Batterien oder Elektrolytkondensatoren. Dabei entscheiden die Applikationsanforderungen in Sachen Leistung und Zeitdauer. Genauer gesagt beherrscht der Dynamische Speicher-Manager DSM 4.0 die energetischen Aufgaben und die entsprechenden Speichertypen gleichermaßen.

Günstige Schadensprävention

Der DSM 4.0 neutralisiert auch Spannungsschwankungen und unterstützt die Produktion bei geplanten Netzunterbrechungen. Die aktiven Energiemanagementsysteme von Koch stellen somit in der beschriebenen Anwendung überraschend einfach sicher, was eine elektrisch betriebene Säge zur Erfüllung ihrer Aufgaben auch bei einem Stromausfalls braucht. Auch handelt es sich dabei um eine recht kleine Investition, die eine Anschaffung angesichts der vermeidbaren Schadenshöhen in kurzer Zeit amortisiert.

Die konkrete technische Auslegung erfolgt über Simulationen der realen Belastungsprofile in der konkreten Systemumgebung. Koch bietet hierfür ein Tool an, das im Internet frei verfügbar ist. Nach Eingabe einiger weniger Anwendungsparameter kann man damit einen ersten Lösungsvorschlag erhalten, der dann Grundlage für die weitere Definition des passenden Systems darstellt.

Anwendungsspezifisch stellt Koch durch sein Vertriebsteam die Konfiguration zusammen und liefert das Passende dann komplett mit Speicher und Absicherung aus. In enger Zusammenarbeit mit dem Kunden wird dabei auf der Grundlage eines Worst-Case-Szenarios, das ausgiebig untersucht und analysiert wird, die endgültige Systemkonfiguration definiert. Hier im konkreten Fallbeispiel wird in jeder Situation die Bedingung erfüllt, dass die Säge bei Netzunterbrechung zum kontrollierten Stillstand kommt und danach wieder problemlos anfährt.

Die einzelnen Geräte und Komponenten von Koch werden in Bezug auf den definierten Einsatzfall konfiguriert und die Parameter schon direkt ab Werk abschließend eingestellt. Eingängige Tests der einzelnen Produktionsschritte und eine umfassende Abschlussprüfung vor der Auslieferung gewährleisten ein wirklich sicher funktionierendes aktives Energiemanagementsystem. In dieser Art ausgeliefert, braucht es vor Ort nur noch an den Gleichstrom-Zwischenkreis angeschlossen zu werden und schon ist das System aus DSM 4.0 und Doppelschicht-Kondensatormodulen betriebsbereit. Es ist also weder eine aufwändige Inbetriebnahme noch Programmieraufwand notwendig. Kurz, ein echtes plug&play- System. Die Projektrealisierung erfolgt mit minimiertem Aufwand. Dazu kommt, dass der Betrieb der aktiven Energiemanagementsysteme von Koch wartungsfrei ist. Sollte sich doch unerwarteterweise ein Problem im System oder bei einer Komponente ankündigen, dann meldet das der DSM 4.0 und weist ganz im Sinne von Industrie 4.0 auf bevorstehende Risiken hin. MM

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