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Sandstrahlen auf atomarer Ebene

: Lenze


Mehr Effizienz in der Drahtveredelung: Mit einer patentierten Oberflächenbehandlung auf der Grundlage eines Unterdruckplasmas ist dies dem österreichischen Unternehmen Plasmait gelungen. Das neue Plasmaverfahren ist richtungweisend in punkto Oberflächen- und Materialqualitäten, Energieverbrauch und Prozessökologie. Zum Einsatz kommen die mit Lenze-Antriebstechnik ausgerüsteten Lösungen aus der Steiermark in Draht-, Kabel-, Rohr- und Bandanwendungen.

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Die Anlage von Plasmait glüht, reinigt und aktiviert den Kupferdraht zunächst in einem Plasma. Deshalb kann beim anschließenden Verzinnen auf Flussmittel verzichtet werden.

Die Anlage von Plasmait glüht, reinigt und aktiviert den Kupferdraht zunächst...

Hauchdünner Kupferflachdraht muss für die spätere Anwendung in filigranen Kontaktbändern auf Solarzellen verzinnt werden. „Wer verzinnen will, der muss normalerweise vorher mit einem Flussmittel fluxen“, erzählt Peter Ziger, (Mit)Gründer und heute Leiter der F&E von Plasmait. „Durch die Plasmabehandlung des Drahtes wird seine Oberfläche so präpariert, dass weder irgendwelche Basen oder Säuren zur Oberflächenreinigung, noch Flussmittel zur Benetzbarkeitssteigerung benötigt werden. Wir sandstrahlen sozusagen auf atomarer Ebene.“ Weil gerade die Benetzung des Drahtes mit Flussmittel die Produktionsgeschwindigkeit beim Verzinnen begrenzt, „kann man mit unseren Anlagen – inline platziert – deutlich schneller produzieren“.


Peter Ziger ist Physiker und hat beim renommierten Professor Helmut Jäger an der TU Graz über Plasmaprozesstechnik geforscht. Plasmait ist ein erfolgversprechendes Spin-off des universitären Fachbereiches. Damit sich Ideen und Forschungsergebnisse in Gestalt konkreter Anlagen an die Industrie verkaufen lassen, nutzt das vergleichsweise junge Unternehmen die Kompetenz von Firmen aus anderen Disziplinen. Gemeinsam mit Lenze hat Plasmait beispielsweise unter der Federführung von Martin Pölzl nach einem Weg gesucht, das Plasmaverfahren mit Antriebstechnik möglichst effizient und preiswert als Maschine zu realisieren – am besten auf Basis moderner Frequenzumrichter.


Antriebstechnik im Paket


Die Aufgabenstellung für Lenze bestand darin, Plasmait eine punktgenaue Auslegung mit der dazu passenden Technik in Form eines Komplettpakets zu

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Dank der präzisen Geschwindigkeitsvorsteuerung bleibt der Einfluss des Tänzers auf die Drahtspannung vergleichsweise gering.

Dank der präzisen Geschwindigkeitsvorsteuerung bleibt der Einfluss des Tänzers...

liefern. Das Unternehmen verfügt dafür sowohl über das nötige Know-how rund um den Prozess der Drahtverarbeitung als auch über geeignete Produkte. Diese Kombination aus technischem Support und passendem Produktportfolio war letztlich ausschlaggebend für die Entscheidung von Plasmait, die gesamte Antriebstechnik mit Lenze zu realisieren.


„Wir müssen Draht fördern, der im Plasma knapp vor seinem Schmelzpunkt liegt“, erklärt Plasmait-Projektmanager Franz Resch und spricht deshalb von maximalen Zugkräften von wenigen Newton per Quadratmillimeter. „Das ist eigentlich eine klassische Anwendung für Servotechnik.“ Die Praxis sieht jedoch anders aus. Die Projektzusammenarbeit mit der Lenze-Gesellschaft in Österreich hat nämlich dazu geführt, dass einfache Standard-Drehstrommotoren den Draht durch die Anlage ziehen – angetrieben von Inverter Drives 8400, den neuen Frequenzumrichtern der Antriebs- und Automatisierungsplattform L-force. Um Überdimensionierungen zu verhindern, achteten die Ingenieur auf eine äußerst exakte Antriebsauslegung.


Der Flachdraht wird zunächst vom Abwickler in den Plasma- und Verzinnungsbereich der Anlage befördert. Eine Tänzerregelung mit Geschwindigkeitsvorsteuerung hält die Zugspannung in ruhiger und stabiler Form aufrecht. Den Masterantrieb hat Lenze mit dem Inverter Drives 8400 HighLine und Inkrementalgeberrückführung realisiert. Die realisierte Lösung basiert auf Frequenzumrichtern, hat aber dennoch servo-ähnliche Eigenschaften und eine hochgenaue und konstante Geschwindigkeitsregelung auch bei sehr kleinen Geschwindigkeiten.

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Hoher Wirkungsgrad: Lenze-Drehstrommotor mit Stirnradgetriebe für den Drahtzug.

Hoher Wirkungsgrad: Lenze-Drehstrommotor mit Stirnradgetriebe für den Drahtzug.

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Der Slaveantrieb hat im Verbund die Aufgabe, durch Vorgabe einer etwas höheren Geschwindigkeit zum Master das Material leicht zu strecken. Aufgrund des filigranen Materials herrschen beim Slave die gleichen hohen Präzisionsanforderungen. Der 8400 HighLine ist hier in der Lage, minimale Sollwertabweichungen bei der Geschwindigkeit sauber, konstant und ruckfrei auszuregeln.


Effiziente DC-Kopplung


Die beiden Frequenzumrichter für den Master- und den Slave-Antrieb sind im Schaltschrank über den DC-Zwischenkreis gekoppelt. Dieses Konzept hat den Vorteil, dass sich die generatorische Bremsenergie beim Aufbau der Zugspannung durch den Master effizient nutzen lässt – statt sie per Bremschopper an einem Widerstand zu verheizen. „Es ist schön zu wissen, dass unsere Anlage Werkstoffe für regenerative Energien produziert und mit diesem knappen Gut selbst auch noch sparsam umgeht“, unterstreicht Peter Ziger. Aus dem Blickwinkel der Energieeffizienz heraus punkten die Inverter Drives 8400 zusätzlich mit ihrem „VFC eco“-Modus. Dieser passt ab StateLine den Magnetisierungsstrom intelligent an den tatsächlichen Lastbedarf an, senkt die Verluste und spart deshalb Strom. Gerade im Teillastbetrieb werden Drehstrommotoren immer noch mit einem größeren Magnetisierungsstrom versorgt, als die Betriebsbedingungen es eigentlich erfordern. Mit dem „VFC eco“-Modus ist es Lenze gelungen, ein intelligentes Konzept zu entwickeln, das die Umwelt schont und gleichzeitig die Kosten senkt – eine echte Lenze BlueGreen Solution.

Zentrales Engineering


class="Flietext">Für die Programmierung und Parametrierung nutzt Lenze die zentrale Engineering-Umgebung L-force Engineer. Im Konfigurationstool ist die gesamte Plasmait-Anlage als ein übersichtlicher Projektbaum für alle Antriebskomponenten abgebildet. Hierzu zählen neben den dargestellten Achsen mit dem 8400 HighLine auch die Antriebe der Vakuumpumpen der Plasmakammer. Für diese Aufgabe war die Ausbaustufe StateLine ausreichend – genauso wie für den Antrieb der Drahteinziehhilfe oder einen Drehtisch, der unterschiedliche Zinnbäder in der Anlage positioniert. Weil sowohl StateLine als auch HighLine serienmäßig über eine CAN-Systembus-Schnittstelle verfügen, lassen sich alle Umrichter zentral diagnostizieren oder über den L-force Engineer parametrieren. Ein weiterer Vorteil dieser schlanken Kommunikation auf Antriebsebene: Die Anbindung an die SPS-Kommunikation per ProfiNET erfolgt mit einem CAN-ProfiNET-Gateway ohne separate Kommunikationsmodule für jeden einzelnen Umrichter.


Marktpotenzial


„Wir haben ein Hochleistungsplasma entwickelt, mit dem wir Draht mittels Ionen so reinigen und aktivieren können, dass wir beim Verzinnen auf das Flussmittel verzichten können“, fasst Peter Ziger zusammen. Das patentierte Verfahren ist schnell, macht als trockenes Reinigungsverfahren die sofortige Weiterverarbeitung der Materialien möglich und verbessert sogar die Kristallstruktur des Kupfers. Die Folge sei, so Ziger, ein weicher Draht mit sehr guter Bruchdehnung. Dieser empfiehlt sich deshalb im besonderen Maße für den Einsatz in Solarzellen.

Die Anlage von Plasmait glüht, reinigt und aktiviert den Kupferdraht zunächst in einem Plasma. Deshalb kann beim anschließenden Verzinnen auf Flussmittel verzichtet werden.
Dank der präzisen Geschwindigkeitsvorsteuerung bleibt der Einfluss des Tänzers auf die Drahtspannung vergleichsweise gering.
Hoher Wirkungsgrad: Lenze-Drehstrommotor mit Stirnradgetriebe für den Drahtzug.
Ein weicher Draht mit sehr guter Bruchdehnung – hergestellt mit einem innovativen wie effizienten Verfahren.
Plasmait setzt auf die Leistungsfähigkeit der L-force Frequenzumrichter Inverter Drives 8400 von Lenze.
Statt einer klassischen Servo-Antriebslösung finden sich im Schaltschrank Lenzes Inverter Drives 8400.
Arbeiten gut zusammen: Bernhard Nabernik von Lenze im Gespräch mit Peter Ziger und Franz Resch von Plasmait (von links).


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Bericht in folgenden Kategorien:
Frequenzumrichter, Funktionsintegration

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