Bremswiderstände ermöglichen hohe Schutzart

Tore in Hallen sorgen für Sicherheit gegenüber unbefugtem Zugang und bieten Schutz vor Kälte, Hitze, Zugluft und anderen klimatischen Einflüssen. Um diesen Schutz gewährleisten zu können und eine Verzögerung beim Warentransport zu vermeiden, ist es in vielen Fällen wichtig, dass die Tore schnell öffnen und schließen. Muss der Fahrer eines Gabelstaplers jeweils einige Sekunden vor dem sich langsam öffnenden Tor warten, kann sich dies im Laufe eines Arbeitstages zu einem beträchtlichen Zeitvolumen summieren. Zusätzlich sorgen Schnelllauftore dafür, dass möglichst wenig geheizte Luft aus einer Halle ins Freie entweicht, was gerade im Winter nicht nur unangenehm für die Mitarbeiter ist, sondern sich auch negativ auf die Heizkosten auswirkt.

Der Geschäftsbereich Steuerungselektronik von Feig Electronic ist spezialisiert auf den Bau von Steuerungen für diese Art von Toren, wobei die Steuerungen für alle Torarten eingesetzt werden können. Das mittelständische Unternehmen aus dem hessischen Weilburg ist weltweit aktiv und beschäftigt insgesamt etwa 220 Mitarbeiter.

Dynamische Antriebstechnik

Bei modernen Schnelllauftoren kommt in der Regel Antriebstechnik zum Einsatz, die auf der Verwendung von Frequenzumrichtern basiert. Dadurch werden die bekannten Vorteile, wie höheres Drehmoment im Anlauf, höhere Drehzahlen und allgemein eine größere Dynamik erreicht. Über einen Gleichrichter, einen Gleichstromzwischenkreis und einen anschließenden Wechselrichter erzeugt der Frequenzumrichter eine variable Wechselspannung für den angeschlossenen Asynchronmotor. Im so genannten Vierquadrantenbetrieb können die Frequenzumrichter den Motor in beide Drehrichtungen beschleunigen und auch wieder abbremsen, wodurch elektrische Energie in den Zwischenkreis rückgespeist wird. Allerdings ist die Energiemenge, die der Zwischenkreis aufnehmen kann, begrenzt. Daher kommt bei den meisten Frequenzumrichtern ein Bremschopper zum Einsatz, der die überschüssige Energie in einem angeschlossenen Bremswiderstand in Wärme umwandelt und dadurch die Kondensatoren im Zwischenkreis vor Überlastung schützt.

Hohe Leistung und trotzdem kompakt

Die Entwicklung einer Torsteuerung für einen Torhersteller in den USA war besonderen Anforderungen unterworfen. „Für die Antriebstechnik sind letztendlich immer die Masse des Tors und die Geschwindigkeit entscheidend“, erklärt Martin Krohn, der in der Entwicklung bei Feig Electronic für den Bereich Mechanik zuständig ist. Zur Realisierung der gewünschten Geschwindigkeit war eine Antriebsleistung von bis zu 2,2 kW erforderlich. Dementsprechend hoch ist auch die Energie, die durch den Bremsvorgang in den Zwischenkreis gespeist wird. Erich Wiebe, in der Entwicklung für die Elektronik zuständig, erläutert eine weitere Anforderung: „Wegen der hohen geforderten Schutzart mussten wir die gesamte Steuerung sehr kompakt bauen und den Bremswiderstand in das Gehäuse integrieren.“ Der Kunde verlangte eine Schutzart gegen Wasser gemäß NEMA UL Type 4, was in etwa der Schutzart IP66 oder IP67 entspricht“, so Wiebe weiter. Damit ist zum Beispiel auch ein Einsatz der Steuerung im Außenbereich möglich. Typische Anwendungen finden sich aber häufiger in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie, mit hohen Anforderungen an die Hygiene. Komponenten und Systeme, die in solchen Bereichen montiert werden, müssen auch die regelmäßige Reinigung mit einem Wasserstrahl unbeschadet überstehen.

Trotz der hohen Leistung, die der Bremschopper in Wärme umwandeln muss, sollte die Konstruktion der Steuereinheit sehr kompakt und dicht erfolgen. Gelöst haben die Entwickler diese Anforderungen, indem sie einen sehr flach bauenden Bremswiderstand von Frizlen unter die Steuerplatine setzten. Als Abschluss an der Unterseite des Gehäuses ist direkt im Kontakt mit dem Bremswiderstand ein großzügig dimensionierter Kühlkörper installiert, der die Wärme des Bremswiderstands an die Umgebung abgeben kann. Der verwendete Bremswiderstand der GXTD-Baureihe, der in einem beschichteten Stahlblechgehäuse gekapselt untergebracht ist, hat Abmaße von 100 mm x 88 mm und ist nur 5 mm dick. Mit einem Widerstand von 50 Ohm kann er eine Dauerleistung von 100 W aufnehmen. „Diese äußerst flache Bauform eignet sich sehr gut für unsere Anwendung“, betont Martin Krohn.

UL-Abnahme der Steuerung für die USA

Da die Steuereinheit für den US-amerikanischen Markt bestimmt ist, musste auch eine Abnahme durch UL erfolgen. „Neben dem Erreichen der Schutzart wird bei der UL-Abnahme ein sehr starkes Augenmerk auf den Brandschutz gelegt“, so Erich Wiebe: „Vorteilhaft ist es für die Abnahme auf jeden Fall, UL-konforme Komponenten zu verwenden.“ Viele Bremswiderstände von Frizlen verfügen bereits über eine UL-Zulassung. Auch die sehr hohe Isolationsfestigkeit von bis zu 7700 V gegenüber dem Kühlkörper, die durch eine Zwischenfolie erreicht wird, ist für die UL-Abnahme äußerst wichtig. Die Abnahme erfolgte durch die UL-Zertifizierungsstelle in Deutschland. Somit steht dem Einsatz der Steuerungen bei dem Kunden in den USA nichts mehr im Weg.

Kundenspezifische Widerstände

Bei der Entwicklung ist man darauf angewiesen, schnell die passenden Komponenten zu erhalten, um die Designvorgaben erfüllen zu können. „Kundenspezifische Widerstände sind nicht von jedem Hersteller so einfach zu bekommen“, betont Erich Wiebe. Die äußerst flache Bauform der Widerstände passt bestens in den Aufbau der Steuerung. Dabei ist die Baugröße der Widerstände innerhalb technischer Rahmenbedingungen frei skalierbar. Umfassende Unterstützung beim Engineering wird ebenfalls angeboten. „In der Entwicklungsphase wurden uns stets schnell die gewünschten Muster und technischen Informationen zur Verfügung gestellt“, fasst Erich Wiebe die positiven Erfahrungen in diesem Projekt zusammen.

(ah)