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Die Herstellung durchsichtiger, lebensmittelverträglicher Klarsichtverpackungen ist aufwändig: In einem ersten Schritt wird eine zwei Millimeter starke PE-Trägerfolie extrudiert und anschließend mit einer Klebeschicht versehen. Diese Folie verfügt jedoch noch nicht über die erforderlichen Materialeigenschaften, um Lebensmittel darin zu verpacken. Sie ist noch luft- und UV-durchlässig. Erst die Verklebung mit einer zweiten, dünneren Folie sorgt für Luftdichtheit und Undurchlässigkeit von UV-Licht. Dazu durchläuft die Trägerfolie zunächst in einer Laminier-Anlage ein Infrarot-Strahlerfeld, dessen Wärme den Haftvermittler aktiviert. Danach werden beide Folien aufeinander gepresst, durchlaufen eine Kühlstrecke und werden aufgewickelt. Im zweiten Schritt erfolgt die Verformung der Folie in einer Tiefziehmaschine. Bevor hier ein Stanzwerkzeug den Kunststoff in die endgültige Form bringen kann, ist ein weiteres Aufheizen der Folie in einem  IR-Strahlerfeld erforderlich.
Die jeweiligen IR-Strahler-Felder werden mit Leistungs-Stellern angesteuert, mit denen sich Strom beziehungsweise Spannung variabel den Anforderungen anpassen lassen. In Laminier- und Tiefzieh-Anlagen findet ein häufiger Materialwechsel statt. Jedes Material benötigt zum Erwärmen eine andere Temperatur. Entsprechend werden Strahler mit unterschiedlicher Wellenlänge verwendet, was für die Leistungs-Steller jeweils eine andere elektrische Last bedeutet. Sie müssen also mit verschiedenen Betriebsarten gefahren werden, um die diversen IR-Strahler ansteuern zu können. Natürlich könnte für jede Last beziehungsweise Betriebsart (siehe Infokasten) ein separater Leistungs-Steller installiert werden. Nachteile: höherer Verkabelungsaufwand, zusätzlicher Platzbedarf im Schaltschrank und mehr Kosten. Idealerweise werden daher in solchen Fällen Leistungs-Steller eingesetzt, die alle Arten von elektrischen Lasten steuern und die IR-Strahler so nach Bedarf regeln können.

Vier Betriebsarten – ein Gerät

Solche Leistungs-Steller, die sich für alle vier Betriebsarten – nullspannungs-schaltend, Pulspaketsteuerung und Phasenanschnittsteuerung – eignen, sind beispielsweise die Steller GTF plus und GFW adv von Gefran. Die flexiblen und anpassungsfähigen Geräte können mit den unterschiedlichsten Heizlasten verknüpft werden: Herkömmliche Widerstände oder solche aus Kanthal oder Super Kanthal lassen sich ebenso anschließen wie Heizelemente aus Siliziumkarbid, Primärwicklungen von Transformatoren oder lang-, mittel- und kurzwellige Infrarotstrahler. Im Fall der Kunststoff-Laminieranlage steuert ein Leistungs-Steller acht verschiedene IR-Strahler. Ungeachtet der unterschiedlichen Produkte, die auf der Anlage gefertigt werden, ist dabei die elektrische Verschaltung bis auf die Konfiguration des Stellers immer identisch. „Die Steller kommunizieren mit der Steuerung und umgekehrt. Das beschleunigt die Inbetriebnahme und vereinfacht die Wartung bei Ausfall“, erklärt Andreas Kraus, Produktmanager Automation bei Gefran. „Eine Manipulation der Sicherung ist dank integrierter elektronischer Sicherung nicht mehr möglich. Der sichere Betrieb der Anlage ist somit gewährleistet und die Maschinenstillstandzeiten sinken“, erläutert Kraus.

Softstart-Funktion senkt Stromspitzen

Die Stromtarife industrieller Verbraucher werden anhand ihrer Spitzenströme festgelegt. Folgerichtig kann eine Verringerung der maximalen Strombelastung zu einer spürbaren Senkung der Betriebskosten beitragen. Hier setzt die Funktion „Smart Load Management“ (SLM) der GFW-Leistungs-Steller an. „Das SLM sorgt dafür, dass der Regler die elektrischen Verbraucher unter Berücksichtigung der maximalen Gesamtheizleistung des Systems und der zu beheizenden Masse über eine zuvor festgelegte Zeit mit Impulspaketen ansteuert. Das ist beispielsweise immer dann der Fall, wenn die Ist-Temperatur dem Sollwert entspricht“, sagt Kraus. Das SLM verhindert also das gleichzeitige Einschalten aller Heizelemente einer Anlage. „Beim Anstellen der Anlagen prüfen die Geräte, wie viele Leistungs-Steller insgesamt im System installiert sind. Ein GTF-Steller übernimmt dann die Steuerungsfunktion“, so Kraus. Das SLM funktioniert ausschließlich in den Betriebsarten „Nullspannungsschaltend“ und „Pulspaketsteuerung.“

Optimierte Lastenkonfiguration

Beide Leistungs-Steller gestatten die adaptive Regelung von Strom, Spannung und Leistung. Die Funktion „Leistungsregelung“ hält die Ausgangsleistung auch bei nicht stabiler Netzspannung konstant. Die „Spannungsregelung“ passt die Netzspannung an die aktuelle Lastsituation im Netz an und die „Stromregelung“ kommt zum Einsatz, wenn Transformatoren zu Heizzwecken verwendet werden. Eine automatische Zuweisung des Masters dient der optimierten Konfiguration der Lasten. Ein externes Bedientableau erleichtert die Bedienung der Steller. Es erlaubt die Parametrierung, die Speicherung der Parametersätze und die Anzeige der Betriebsdaten wie Laststrom, -spannung und -leistung sowie Netzfrequenz.
Halten Sie also noch einmal kurz inne, bevor Sie die durchsichtigen Kunststoff-Folien ihres nächsten Einkaufs im gelben Sack entsorgen – in diesem Müll steckt Hightech!

Hintergrund
Nullspannungsschaltend

Die Betriebsart ZC (Zero Cross) eignet sich für ohmsche Lasten wie Heizspiralen oder Glühbirnen und ist ideal für träge Prozesse. Der Leistungs-Steller schaltet die Last synchron mit den Nulldurchgängen des Netzes ein und aus und vermeidet so Stromspitzen. Die Leistung wird proportional zur Einschaltzeit des Stellers abgegeben. Die Zykluszeit ist parametrierbar und beschreibt die maximale Einschaltzeit bei 100 % Ausgangsleistung.

Pulspaketsteuerung
Die Pulspaketsteuerung unterscheidet sich von der ZC-Steuerung durch eine variable Zykluszeit und empfiehlt sich für schnelle Prozesse. Diese ist abhängig von der Ausgangsleistung und wird vom Steller bestimmt. Bei 50 % Ausgangsleistung schaltet der Steller die erste Sinusperiode ein und die darauf folgende aus, bei 33 % die erste Sinusperiode ein und anschließend zwei Perioden aus.

Optimierte Pulspaketsteuerung
Statt ganzer Sinusschwingungen wie bei der einfachen Pulspaketsteuerung werden bei der HSC-Steuerung nur halbe Sinusschwingungen geschaltet. Dies minimiert das Flackern und ist für kurz- und mittelwellige IR-Strahler geeignet.

Phasenanschnittsteuerung (PA)
Bei der schnellsten der vier Betriebsarten schneidet die Steuerung jede Sinushalbwelle an. Dadurch lässt sich die Leistung kontinuierlich stellen. Die PA-Steuerung eignet sich für induktive Lasten wie Transformatoren sowie für kurzwellige IR-Strahler, bei denen das Flackern vollständig eliminiert wird.

 

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Andreas Kraus