Coole Stecker

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November 2014

 

Die Steckerverstärker mit Pulsweitenmodulation von Rexroth haben zahlreiche Vorteile: Sie reduzieren die Temperatur von Schaltventilen erheblich, sparen viel Strom und sind leicht zu montieren. Das nutzt vielen Branchen, wie das Beispiel einer Sägelinie zeigt.

 

Trockenes Holz, Sägemehl und Sägestaub: In Verbindung mit heißen Oberflächen können sie zur Gefahrenquelle werden. Versicherungen machen Sägewerken daher sehr strenge Auflagen. Dazu gehört entweder die Kapselung oder die regelmäßige Reinigung von Oberflächen bei Sägelinien, die den kritischen Wert von 100 Grad Celsius überschreiten. Dort darf sich aus Sicherheitsgründen auf keinen Fall eine dickere Sägemehlschicht bilden. Das betrifft auch die Oberflächen der Hydraulikventile. Für die Anwender bedeutet das natürlich einen größeren Reinigungsaufwand. Die Steckerverstärker mit Pulsweitenmodulation von Rexroth schaffen hier Abhilfe. „Wir haben die Stecker entwickelt, um Strom zu sparen, und können dadurch gleichzeitig die Temperatur der Ventile senken. Das kommt insbesondere Anwendern zugute, die mit leicht entzündlichen Stäuben zu tun haben“, berichtet Frank Ullrich, Produktmanager bei Bosch Rexroth in Lohr am Main.

Enormer Temperatursturz

Eine potenzielle Hitzequelle sind die Magnete der Hydraulikventile. An hydraulischen Achsen sind oft 2-Wege-Sitzventile in Betrieb. Damit sich keine Achse bewegt, falls der Strom ausfällt, kommen sie mit geschlossener Grundstellung zum Einsatz. Dazu müssen sie während des Betriebs unter Dauerstrom stehen. Beginnt die Schicht im Sägewerk, werden sie angeschaltet und verbrauchen während der gesamten Betriebsdauer Strom, den sie eigentlich gar nicht benötigen. Ist die Sägelinie den ganzen Tag in Betrieb, heizen sich die Magnete auf und die metallischen Oberflächen erreichen schnell mehr als 100 Grad Celsius – zumindest mit konventionellen Steckern. „Der überschüssige Strom wird einfach in Wärme umgewandelt“, erklärt Ullrich. Steckerverstärker mit Pulsweitenmodulation verhindern das und reduzieren die Temperatur der Oberflächen um bis zu 80 Grad Celsius. Dabei machten sich die Entwickler die Besonderheiten der Hydraulik zunutze: Die Ventile benötigen nur für die kurze Dauer des Schaltvorgangs die volle Energie. Sind sie einmal an, reicht eine wesentlich niedrigere Stromstärke, um das Ventil in offener Stellung zu halten.

Wenig Strom und kühle Stecker

Die integrierte Pulsweitenmodulation ermöglicht es, schnell zwischen zwei Werten für die Stromstärke zu wechseln. Der Schaltvorgang dauert gerade mal so lange wie ein Wimpernschlag: Nach 100 Millisekunden senken die Steckerverstärker den Spitzenwert ab. Dieser geringere Wert wird durch sehr schnelles An- und Ausschalten bei einer Frequenz von bis zu 500 Hertz erreicht. Da die Spule des Hydraulikventils träge auf Stromänderungen reagiert, hält die Spannung auch in der ausgeschalteten Phase, die mittlere Stromstärke pendelt sich dadurch aber auf einem niedrigeren Wert ein. „Die Herausforderung bei der Entwicklung war, das optimale Mischungsverhältnis der Aus- und Anphasen zu ermitteln“, erklärt Ullrich. Am Ende erwies sich das Verhältnis 60 zu 40 als ideal. Das bedeutet: 60 Prozent der Zeit bleibt der Stecker aus, während er in der übrigen Zeit Strom liefert. Das Ergebnis: Die Oberflächentemperatur des Hydraulikventils sinkt auf gerade einmal 50 Grad Celsius. Ein Kapselung, die verhindert, dass sich dort entzündliche Stäube ablagern, oder die von Versicherungen geforderte regelmäßige Reinigung entfällt daher. Sägewerke vermeiden damit nicht nur zusätzliche Versicherungsauflagen, sondern sparen auch richtig viel Strom: Der Energieverbrauch sinkt um bis zu 78 Prozent – ein enormes Einsparpotenzial bei etwa 100 Ventilen, die typischerweise zum Einsatz kommen. Die Steckerver­stärker amortisieren sich durch die eingesparten Energiekosten bereits nach einem Jahr. Ullrich ist daher überzeugt: „Steckerverstärker mit Pulsweitenmodulation werden in Zukunft eine noch größere Rolle bei der Suche nach Einsparpotenzialen spielen.“

Einfache Montage

Die Montage der sparsamen Stecker ist denkbar unkompliziert: Sie lassen sich, auch bei bestehenden Anlagen, einfach aufstecken. Durch die Vorkonfektionierung der Stecker mit Kabeln in drei unterschiedlichen Längen entfällt zudem die Verdrahtung am Ventil. Die Praxis hat gezeigt, dass die Monteure dadurch den Anschluss an den Schaltschrank jetzt in zehn bis 15 Minuten statt wie zuvor in 25 Minuten erledigen.

Ein weiterer Vorteil aus Sicht von Anlagenherstellern: Bislang mussten sie die SPS-Ausgänge für die Ventile auf zwei Ampère auslegen. Mit den neuen Steckern von Rexroth reichen 0,5 Ampère und ein Modul kann so mehrere Ventile ansteuern. Das senkt Hardwarekosten und spart kostbaren Bauraum.

Alle Vorteile zusammen machen die Steckerverstärker nicht nur für Sägelinien interessant. „Im Prinzip können wir sie für alle Hydraulikschaltventile mit 24-Volt-Spulen anwenden. Geeignet sind sie damit auch für Werkzeugmaschinen oder Kunststoffmaschinen“, betont Ullrich.