Die Firma Alfred Ritter stellt unter der Marke Ritter Sport nicht nur die bekannten quadratischen Schokoladentafel-Klassiker her, sondern produziert auch hochwertige Flüssigschokolade für die Süßwarenherstellung. Dafür wurde ein neues Tanklager gebaut, das in insgesamt 24 beheizten Tanks flüssige Schokolade bis zur Verladung in Tanklastzüge zwischenspeichert. Jeder Tank besitzt ein Rührwerk, mit dem die Schokolade durchmischt wird, sowie eine Pumpe zum Ein- und Auspumpen der Schokoladenmasse. Danfoss-Frequenzumrichter regeln die Drehzahl der dafür eingesetzten Antriebe. Alle Umrichter sind in vollklimatisierten Schränken mit Rittal-Luft-Wasser-Wärmetauschern eingebaut, Ritter setzt in der Anlage insgesamt 48 Frequenzumrichter mit Leistungen von elf bis 30 kW Leistung ein.
Die Elektroabteilung der Firma Ritter plante das komplette Steuerprinzip, die elektrische Vernetzung mit Auswahl und Einbindung aller Peripheriegeräte sowie der Frequenzumrichter selbst, unter Federführung von Peter Schetter, dem Leiter Engineering Elektrotechnik. Die Danfoss-Partnerfirma Brodbeck Elektrotechnik und Automation betreute das Projekt und führe es durch. Das modulare VLT-AutomationDrive-Umrichterkonzept erfüllt alle Anforderungen von Motion-Control-Aufgaben. Um die Bandbreite vom Standard- bis zum High-Performance-Antrieb abzudecken, lässt sich die Leistungsplattform modular auswählen. Es gibt als Basis die etwas einfachere Variante FC 301 oder den FC 302, der praktisch jede Anwendung abdeckt. Peter Schetter setzt für seine Anwendungen auf den FC 302, um die gewünschte hohe Prozessqualität sicherzustellen. Die Antriebe sind dafür zudem komplett mit Profibus vernetzt und werden zentral gesteuert und überwacht.
Kontaminationsfreie Schokolade
„Das Wichtigste für uns ist die Zuverlässigkeit der Anlagen, ob es um das Pumpen der Schokolade oder die anschließende Reinigung der Rohre mit dem sogenannten Molch geht“, so Peter Schetter. „Die flüssige Schokolade ist ein empfindliches Gut, für höchstmögliche Qualität darf es keine Stillstände geben und muss ein Höchstmaß an Hygiene gewährleistet sein.“ Nach jeder Lieferung wird deswegen zur Reinigung der Rohre ein Silikonpfropf, der Molch, durch die Leitungen gepresst, der durch den starken Druck die Edelstahlleitungen innen völlig sauber wischt. Damit ist sind die Rohre sauber – ohne jedes Reinigungsmittel und somit ohne Kontaminationsgefahr für die Schokolade.
Die Tanks sind beheizt, um die Schokolade flüssig zu halten, dank isolierter doppelter Wand sind gleichmäßige Temperaturen garantiert. Die ebenfalls mit Frequenzumrichtern gesteuerten Rührwerke sorgen dafür, dass die Konsistenz der Schokolade erhalten bleibt und nichts anbrennt. Ohne Drehzahlregelung der Rührwerke würde bei zu schneller Bewegung der Rührlöffel die zähe Masse durch die entstehende Reibung zu stark erwärmen. Stets mit voller Drehzahl laufende Motoren wären hier nicht zuträglich, die nicht benötigte Leistung müsste abgeführt werden. Die Rührwerke laufen mit Motoren mit elf kW, geregelt durch Frequenzumrichter mit ebenfalls elf kW.
In dem 38 Meter hohen Gebäude lagern insgesamt bis zu 1.000 t flüssige Schokolade in 40 Tanks. Die zur Füllung der Tanks verwendeten Pumpenantriebe leisten 22 kW. Der Pumpendruck ist konstant acht bar, um die Masse möglichst zügig in die Tanks oder Lkws fördern zu können und anschließend den Molch durch die Leitungen zu pressen. Bei den höher gelegenen Tanks ist der Energieaufwand entsprechend verringert, sobald die Masse beim Herauspumpen nach unten zu fließen beginnt.
In der Fertigung bei der Firma Alfred Ritter sind insgesamt mehrere Hundert Danfoss-Frequenzumrichter installiert. „Hintergrund für uns ist die sehr zuverlässige Regelung unserer Prozesse durch die Umrichter“, so Peter Schetter. Die VLT-AutomationDrive-Serie eignet sich für praktisch alle Anwendungen bis hin zu Maschinenantrieben oder Förderern. Bereits in der Ausführung FC 301 verfügt der VLT-AutomationDrive über viele nützliche Eigenschaften wie zum Beispiel eine VVC+-Vektorregelung, automatische Motoranpassung, PID-Regler oder RS485-/USB-Schnittstelle. Beim FC 302 kommen weitere Eigenschaften im Bereich der Reaktionszeiten, der (Servo-)Regelgüte mit Flux-Vektor sowie zusätzliche E/A-Steuerklemmen hinzu. Beide Ausführungen sind mit einheitlichen Bedienoberflächen, Klemmenanschlüssen und Gehäusebauformen ausgestattet. Die VLT-AutomationDrive-Serie deckt den Leistungsbereich von 0,25 bis 1.400 kW ab. Sie unterstützt Anschlussspannungen von 200, 380 – 480/500 V, 525 – 600 V und 690 V. Auch der Betrieb an speziellen Netzformen wie IT-Netzen ist möglich.
Systemkosten senken
Die Frequenzumrichter können dazu beitragen, die Systemkosten für die funktionale Sicherheit einer Maschine oder Anlage zu senken. Dafür sind die FC 302 bereits serienmäßig mit einem sicheren Digitaleingang mit der nach EN 61800-5-2 ausgeführten Funktion STO – Safe Torque Off – ausgestattet. Die Sicherheitskategorie, die sich damit erreichen lässt, entspricht dem typisch vorkommenden Performance Level d nach EN ISO 13849-1 beziehungsweise SIL 2 nach EN 61508. Dieser Eingang kann direkt mit einem sicheren Initiator (Sicherheitsschaltgerät) verbunden werden. Während aktivierter Schutzfunktion bleibt der Antrieb weiter am Netz. Im Vergleich zur klassischen Potenzialtrennung mit Netzschützen lassen sich so mit der STO-Funktion recht einfach einzelne Antriebe gemäß ihrer funktionalen Anlagenzugehörigkeit in Stopp-Gruppen zusammenfassen, sodass der sichere Zustand nur auf die gewünschten Anlagenteile beschränkt werden kann. Ein Vorteil ist auch, dass bei häufigerem Auslösen der Schutzfunktion nicht auf die Be-/Entladezeit des Zwischenkreises Rücksicht genommen werden muss. Das sorgt für höhere Anlagenverfügbarkeit.
Weiterhin lassen sich so teure und platzraubende externe Komponenten wie Schütze und Relais einsparen und der Verdrahtungsaufwand sinkt. Durch die verschleißarme Beschaltung reduzieren sich zudem Ausfallzeiten bei der Produktion. Ein nicht zu unterschätzender Vorteil dieser Lösung liegt darin, dass zum Einrichten der Sicherheitsfunktion keine spezielle Software oder komplizierten Inbetriebnahme-Sequenzen durchzuführen sind. Ein späterer Austausch einzelner Komponenten ist leicht möglich.
Geringe Verlustleistung und weniger Abwärme
Die Umrichter der FC-Serie verfügen über einen Wirkungsgrad von bis zu 98 Prozent und einem Leistungsfaktor über 0,9. Der hohe Wirkungsgrad senkt nicht nur die unmittelbaren Energiekosten, sondern auch die Kosten für zusätzliche Wärmeabfuhr/Klimatisierung auf das mögliche Minimum. Drehzahlgeregelte Kühllüfter und eine sparsam ausgelegte Stromaufnahme der Steuerelektronik gewährleisten bereits im Stand-by eine geringere Stromaufnahme. Aufgrund der kurzen Bereitschaftszeit nach Netz-ein kann auch bei kurzen Betriebspausen das Leistungsteil komplett vom Netz getrennt werden. Bei Bedarf lässt sich die Steuerkarte oder ein Feldbus mit einer externen 24 V-Versorgung permanent betriebsbereit halten. Ritter Sport nutzt diese Option in seiner Applikation ebenso wie die Safe-Stopp-Option. Durch individuell anpassbare Rampenformen sowie des Verhaltens am Anfang und Ende eines Beschleunigungs-/Verzögerungsvorganges lassen sich optimale Fahrprofile erstellen, die energiesparend und zudem praktisch ruckfrei sind.
Die Automatische Energie Optimierung (AEO) ermöglicht eine zusätzliche Energieeinsparung von bis zu fünf Prozent. Dabei optimiert dieses Verfahren den Aufnahmestrom zum Motor gemäß der momentanen Drehzahl und der gegebenen Last und liefert nur die tatsächlich zur Magnetisierung und dem Lastbetrieb des Motors benötigte Energie. Dies vermeidet zusätzliche Wärmeverluste im Motor. Die VLT AutomationDrive FC 302 können Asynchron- sowie die besonders energieeffizienten Permanentmagnet-Motoren betreiben, und das auch geberlos. Bei Anwendungen mit langen Bremszyklen und mehreren Achsen spart der Einsatz des DC-Lastausgleichs erhebliche Betriebs- und Installationskosten unter bestimmten Bedingungen ein. Mittels Kopplung der DC-Zwischenkreise der Umrichter können andere Geräte generatorisch anfallende Energie eines bremsenden Antriebs weiterverwenden.
