Trotz Stromspitzen cool bleiben

Sanftstarter optimieren den Betrieb von Kälteanlagen in der Folienproduktion

Die Produktion von Lebensmittelverpackungen aus Verbundstoffen verlangt unter anderem hohe Kühlleistung. Der finnische Hersteller Huhtamaki hat deshalb für den deutschen Standort Ronsberg, der auf flexible Packstoffe spezialisiert ist, eine Produktionserweiterung in neue Kälteanlagen von L&R Kältetechnik investiert. Die darin integrierten, besonders leistungsfähigen Bitzer-Schraubenverdichter stellen an die Schaltgerätetechnik hohe Ansprüche. Deshalb wurden dort erstmals Sanftstarter eingesetzt, die trotz der besonders hohen Stromspitzen "cool" bleiben und störungsfrei arbeiten.

Für die weltweit tätige Niederlassung des finnischen Huhtamaki Konzerns in Ronsberg, Allgäu, stand im 19. Jahrhundert die Produktion von Pergamentpapier für Butter- und Käseverpackungen im Vordergrund. Heute entwickeln und produzieren hier rund 1000 Mitarbeiter Verpackungslösungen für die Food-, Non-Food- und Pharmaindustrie, vor allem hochwertige, flexible Packstoffe.

Aufgrund von Produktionserweiterungen musste Ende 2012 musste auch die Kälteleistung deutlich erhöht werden. Die Extrusion der dort hergestellten Folien für Lebensmittelverpackungen benötigt rund 1,5 Megawatt Prozesskälteleistung. Huhtamaki hat sich für die Investition in drei weitere Kälteanlagen entschieden.

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Umstieg von Stern-Dreieck-Anlauf auf Sanftstarter

Weniger Wartung und mehr Energieeffizienz waren Ziele bei Einsatz der Sanftanlaufsteuerungen in der Kälteerzeugung des Folienproduzenten. Installiert sind insgesamt 1,5 Megawatt Prozesskälteleistung.

Die Split-Kältemaschinen des Typs Varicon WRK-BS-500-10-S mit dem Kältemittel R134 A arbeiten mit niedrigem Systemdruck und sind entsprechend energiesparend. Geliefert hat L&R Engineering, Bau und Service aus einer Hand an den Allgäuer Folienproduzenten. Aufgrund des kontinuierlichen Vierschichtbetriebs erreichen die Kälteanlagen dort etwa 8000 Betriebsstunden pro Jahr. Das bedeutet für die einzelnen Komponenten eine jährliche Laufleistung bis 3000 Betriebsstunden. "Deshalb mussten wir regelmäßig Schütze ersetzen, die als Stern-Dreieck-Schaltung das Anlaufen der Motoren übernehmen", berichtet Jörg Duwe, Betriebsingenieur bei Huhtamaki Flexible Packaging Germany. "Hinzu kommt, dass durch nicht optimale Einstellung der Umschaltung von Stern auf Dreieck hohe Stromspitzen entstehen können, die das Netz belasten und die Energiekosten unnötig in die Höhe treiben." Seit dem Jahr 2010 wurden deshalb bei entsprechenden Serviceeinsätzen als Starteralternative systematisch Sanftstarter für die großen Motoren installiert. Abgesehen von diesen technischen Vorteilen sei auch die geringere Geräuschentwicklung von Sanftstartern gegenüber Schützsteuerungen in dieser Leistungsklasse deutlich zu spüren.

Darüber hinaus sieht Jörg Duwe den großen Vorteil der höheren Verfügbarkeit und der Kostenersparnis, da der sanfte Anlauf die Motoren und die von ihnen angetriebenen Maschinen schont. Hin und wieder kam es allerdings vor, dass beim Anlaufen der Schraubenverdichter in den Kälteanlagen eine Steuerung ungewollt auslöste. Deshalb setzte L&R in diesem Projekt für die Sanftstarter Sirius 3RW44 High Feature von Siemens ein.

"Diese sind robust und können über die Parametrierung präzise an die vorhandenen Betriebsbedingungen angepasst werden", erklärt Joachim Ullmann, Leiter der Elektrotechnik bei L&R. "Denn die eingesetzten Verdichtereinheiten müssen bei den bis zu sechs Anläufen pro Stunde gegen ein hohes Lastmoment anfahren. Das damit verbundene Anlaufverhalten der Motoren ist nicht mit dem eines Motors mit einer üblichen Last zu vergleichen. Hier fließen kurzzeitig große Ströme, die der Sanftstarter 'tolerieren' muss. Im Betriebszustand fließen bei ungünstigsten Bedingungen - wenn zum Beispiel hohe Außentemperaturen herrschen - bis zu 200 Ampere Dauerstrom.

Starterlösung mit erhöhter Energieeffizienz

Selbstverständlich spielt dabei auch Energieeffizienz eine große Rolle. So ist der Sanftstarter durch seine Spannungs-Strom-Kennlinien in der Lage, die auftretenden Spitzenwerte auszugleichen und so Energiekosten zu sparen. Denn die Netzbelastung aufgrund exzessiver Spitzenströme lassen sich Energieversorger in der Regel entsprechend höher vergüten.

Hinzu kommt ein weiterer Vorteil der Sirius Hochleistungs-Starter: Sie aktivieren nach dem Hochlaufen ein integriertes Überbrückungs-Kontaktsystem. Damit kann auf ein externes Bypassschütz verzichtet werden - trotzdem wird die Verlustleistung des Sanftstarters nachhaltig minimiert. Ein Beispiel macht es deutlich: Pro Ampere, das durch einen Thyristor fließt, werden üblicherweise etwa 3 Watt Verlustleistung erzeugt. Bei einem Motor mit 250 Kilowatt ergibt sich daraus ein Wärmeeintrag von rund 1500 Watt in die Schaltgeräteumgebung.

Energetisch betrachtet haben diese Geräte noch weitere interessante Eigenschaften: In der möglichen Wurzel-drei-Schaltung sind die Phasen des Sanftstarters in Reihe mit den einzelnen Motorwicklungen geschaltet. Dann muss das Gerät nur noch den Strangstrom (Leiterstrom) führen, was etwa 58 Prozent des Motor-Nennstroms entspricht. Das heißt auch, dass die maximal verfügbare Leistung von 710 Kilowatt in der Standardschaltung bis 1.200 Kilowatt erweitert werden kann.

Einfache Einbindung in die Anlagenautomatisierung

Die Sanftstarter arbeiten laut Joachim Ullmann überaus zuverlässig und sie lassen sich einfach in die gesamte Anlagensteuerung integrieren. Das bringe nicht nur beim Engineering und der Inbetriebnahme Vorteile, sondern auch beim Service. Denn auch bei den Anlagen für den Verpackungshersteller ist - ähnlich wie bei vielen anderen der weltweit gelieferten Kälteanlagen - der Service inbegriffen. "Fernservice lässt sich leichter umsetzen, wenn die gesamte Elektrotechnik aus einem Guss ist."

Dank der direkten Anbindung an die Anlagensteuerung über Profibus können eine Reihe wichtiger Betriebs-, Mess- und Diagnoseinformationen sowie Warn- und Störmeldungen abgerufen bzw. ausgegeben werden. Dabei unterstützt die Parametriersoftware Soft Starter ES von Siemens den Einsatz des MPI-Teleservice zur Ferndiagnose der Geräte. Für vorbeugende Wartung ist es möglich, Statistikdaten wie Betriebsstunden, Schaltspiele, Abschaltströme und andere auszulesen und auszuwerten. Solche Informationen geben wertvolle Hinweise über den praktischen Einsatz der Geräte und ermöglichen statt einer Momentaufnahme eine Langzeitbewertung.

Beim Allgäuer Projekt waren die automatisierungstechnischen Anforderungen allerdings nicht ganz so hoch. Dort genügte eine einfache Parametereinstellung über das Display und die Tastatur am Gerät. Die Steuerung selbst erfolgt über die digitalen Kontakte am Sanftstarter. Der Anlauf geschieht in Dreieckschaltung, was einer 1:1-Leistungsauslegung entspricht. Entscheidend war hier, dass bei der Inbetriebnahme sämtliche Parameter sofort passten. Denn wird ein Verdichter, wie er hier zum Einsatz kommt, falsch gestartet, kann er blockieren, was Schäden in der Größenordnung von Zehntausenden Euro zur Folge haben kann.

Insofern wurden die Parameter am Sanftstarter in einer Live-Konferenz gemeinsam von Anlagenhersteller, Gerätehersteller und Verdichterlieferant optimal eingestellt. Joachim Ullmann resümiert: "Diese Situation ist schon etwas ungewöhnlich, sie wurde jedoch von allen Beteiligten und natürlich dem Sanftstarter gemeistert."

Der Betrag basiert auf einem Manuskript von Frank Schauenberg, Bereich Control Components and Systems Engineering der Siemens AG.

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