Friedrich Lütze GmbH

Eine Herausforderung bei modernen Rollenförderern besteht darin, hohen DC-Strom und die entsprechenden Schutzeinrichtungen in der Nähe der DC-Rollen unterzubringen.

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Dezentrale Spannungsversorgung und Stromüberwachung Förderanlagen sicher versorgen

26.11.2019

Bei Fördersystemen mit DC Motor-Förderrollen sollten idealerweise Schutzschaltungen in der Nähe der Rollen vorgesehen werden. Die dafür verwendete dezentrale 
Technologie ermöglicht diese Überwachung und bietet zudem einige weitere Vorteile.

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Fördersysteme sind seit Jahrzehnten ein wesentlicher Bestandteil des Lager- und Logistikbetriebs. Traditionellerweise wurden die Transportsysteme über einen oder mehrere zentrale und zusätzliche lokale Schaltschränke gesteuert, wobei die Verdrahtung für Steuerung, Stromversorgung und Netzwerk über Leitungen direkt zu den Hauptsteuerschränken erfolgte.

Im zentralen Hauptschaltschrank waren dabei die SPS, die Leistungsverteilung und die Schutzschaltung für die DC-Motoren zum Antrieb der Transportrollen untergebracht. Das Endergebnis waren weitläufige Kabelführungen, die große DC-Ströme über noch größere Distanzen verteilten. Aus heutiger Sicht eine eher veraltete Art und Weise Bänder für die Paketabfertigung aufzubauen.

Moderne Logistikzentren stehen mittlerweile durch einen ständig wachsenden Onlinehandel vor der Herausforderung, immer mehr Produkte in immer kürzerer Zeit liefern zu müssen. Dies bedeutet, dass mehr und schnellere Fördersysteme benötigt werden und dass Modernisierungen häufig innerhalb der bestehenden Infrastruktur der Logistikzentren realisiert werden müssen.

Dezentrale Versorgung

Normalerweise werden bei Paketförderbändern Rollenförderer mit DC-Motor eingesetzt, um die Pakete effizient zu bewegen und zu sortieren. Der moderne Ansatz zur Steuerung der Förderer besteht darin, für eine lokale DC-Spannungsversorgung zu sorgen. Die Herausforderung hierbei ist jedoch der Platz. Automatisierungsingenieure benötigen eine Möglichkeit, hohen DC-Strom und die entsprechenden Schutzeinrichtungen in der Nähe der DC-Rollen unterzubringen.

Die dafür entwickelte neue Steuerungsarchitektur besteht aus einem Haupt-Schaltschrank, in dem die SPS und einige Regler untergebracht sind. Die lokale Leistungsverteilung, Steuerung und Schutzschaltung der DC-Motoren für die Rollen befinden sich in einem kleinen Schaltkasten unter den Förderern.

Die Auswahl der Komponenten für diese lokalen Steuerungseinheiten ist aufgrund des zur Verfügung stehenden, sehr beschränkten Platzes entscheidend. Jede DC Motor-Förderrolle benötigt üblicherweise 2 A bei DC 24 V. Das heißt, je mehr Rollen lokal gesteuert werden können, umso besser.

Dies ist durch die Größe der verfügbaren DC-Spannungsversorgung vorgegeben. Üblich sind Spannungsversorgungen mit 40 A Ausgängen bei DC 24 V, gefolgt von MCBs (Miniatur Leitungsschutzschalter) und/oder Motorleistungs-MCBs und Schütze zum Schutz und zur Steue­rung der DC Motor-Förderrollen.

All diese Rahmenbedingungen verursachen aber leider potenzielle Hitzeprobleme. Die Temperaturen innerhalb der Schaltkästen steigen dabei auf mehr als 60 °C, was die Lebensdauer der Komponenten teilweise deutlich reduziert. Abhilfe schafft hier eine Spannungsversorgung mit einer Effizienz von 90 Prozent oder mehr. Diese kann so dazu beitragen, die Verlustleistung innerhalb des Schaltkastens stark zu verringern.

Dadurch entsteht jedoch schon das nächste Problem: Normalerweise sind moderne 40 A DC 24 V Spannungsversorgungen mehr als 120 mm breit, ältere Netzgeräte kommen sogar auf Breiten von 270 mm und mehr. Dadurch kommt es im 600 mm breiten Schaltkasten zu massiven Platzproblemen.

Kompakte Spannungsversorgungen

Neu verfügbare Spannungsversorgungen von Lütze, die 40 A DC 24 V liefern, erreichen mittlerweile eine Breite von lediglich 81 mm, was die Situation deutlich enstpannt. Hoher Wirkungsgrad und schmale Baubreite kommen so gemeinsam zum Tragen und ermöglichen es, die Anzahl der steuerbaren DC Motor-Förderrollen zu maximieren.

Die in den Rollen verbauten Motoren sind induktive DC-Lasten, die beim Anlaufen, große Ströme ziehen. Wenn die maximale Stromstärke bei älteren Versorgungen überschritten wird, versuchen diese sich zu schützen, indem sie in den "Crowbar" oder "Hiccup"-Modus wechseln, wodurch die Versorgung abgeschaltet wird.

Die neu verfügbaren Spannungsversorgungen von Lütze besitzen "Power Boost"-Funktionen, die es typischerweise erlauben, 50 Prozent zusätzliche Kapazität über eine bestimmte Dauer zu liefern - beispielsweise kann eine 40 A Versorgung so für 5 Sekunden 60 A liefern. Dadurch können möglicherweise mehr DC Motor-Förderrollen eingesetzt werden - abhängig von Einschalt- und Dauerströmen, Leitungslängen und anderen Faktoren.

DC Motor-Förderrollen werden normalerweise durch Schalter und Schütze geschützt und gesteuert. Üblicherweise haben die Schalter die Auslösecharakteristik Typ D, um die hohen Anlaufströme der Motoren zu bewältigen und daraus resultierende Fehlauslösungen zu vermeiden. Sie benötigen normalerweise das 10- bis 15-fache des Nennstroms für den Schutz der Beschaltung. Wenn also ein 2 A MCB montiert ist, dann ist ein Fehlerstrom von mindestens 20 A erforderlich, um den Schalter auszulösen. Bei voller Last und selbst mit den neuesten Spannungsversorgungen, kann die Versorgung abschalten bevor der Schalter auslöst – alles andere als ideal!

Im schlimmsten Fall kann so eine Überlast einen zusätzlichen Fehlerstrom von 1 A durch die Beschaltung ziehen. Das kann bei der am weitesten von der Steuerung entfernten Förderrolle der Fall sein, wenn zum Beispiel ein beschädigtes Kabel einen hohen Wellenwiderstand erzeugt, der unerkannt zum MCB und zur Spannungsversorgung geht. Die potenziell katastrophalen Folgen sind leicht vorstellbar.

Elektronische Sicherungen

Um diese Probleme anzugehen, wurden elektronische Sicherungen wie die Lütze LOCC-Box entwickelt, die die neue Generation von Spannungsversorgungen unterstützen und das richtige Maß an Schutz liefern. Die LOCC-Box deckt 12, 24 und 48 V DC-Anlagen ab, mit wählbaren Strombereichen (normalerweise 1 - 10 A), und kann Fehlerströme von 1 mA feststellen.

Es sind Kennlinien verfügbar, die Kurven für MCBs simulieren, um verschiedene Lastarten abzudecken – zum Beispiel Typ D für DC Motorrollen. Die elektronische Lastüberwachung LOCC-Box ist auch mit Statusausgängen und Fernwartung ausgestattet. Einige Modelle liefern Echtzeit-Daten, die in industriellen Industrie 4.0 Netzwerken zur Verfügung gestellt werden können und sind aus der Ferne schaltbar.

Die LOCC-Boxen sind außerdem kleiner als MCBs, was Platz spart. Diese Platzersparnis wird letzten Endes auch dadurch ermöglicht, dass die LOCC-Box zur Steuerung der DC Motor-Förderrolle verwendet werden kann, wodurch auch kein Schütz mehr benötigt wird.

In Summe können durch das Zusammenwirken der extrem schmal bauenden Lütze Stromversorgungen mit hohem Wirkungsgrad und der intelligenten Stromüberwachung LOCC-Box sämtliche der genannten Platz- und Hitzeprobleme gelöst und zusätzlich deutlich mehr Motorrollen pro Schaltkasten gesteuert werden.

Bildergalerie

  • Moderne Stromversorgungs- und -überwachungssysteme für Förderanlagen sind deutlich kompakter dimensioniert als frühere Generationen.

    Bild: Lütze

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