Intelligente Antriebstechnik für die Filteranlage

Ein renommierter italienischer Hersteller von Likörweinen suchte eine neuartige Technologie, um seine konventionellen Vakuumfilter zu ersetzen, deren kurze Wartungszyklen die Produktion zu umständlich gestalteten. Angesichts der großen zu verarbeitenden Volumen war eine energiesparende Maschine gefragt, die zuverlässig das ganze Jahr hindurch, im Durchschnitt acht bis zehn Stunden täglich arbeitet. Die Dynamos-Anlage wurde als mögliche Lösung in Betracht gezogen. Im Auftrag des Kunden führte TMCI Padovan, ein italienischer Zulieferer der Getränke- und Nahrungsmittelindustrie, in der eigenen Fabrik Tests durch.

Die mit mechatronischen Antriebseinheiten von Nord Drivesystems ausgestattete Dynamos-Anlage hat mehrere Vorzüge, die für die Kundenauswahl entscheidend waren. Erstens ermöglicht die Software dem Kunden eine flexible Anpassung der Betriebsparameter, je nach Produkt. Zweitens stellt das geschlossene System einen hygienischen Betrieb sicher und nimmt wenig Platz ein. Dass keine Filter- und Klärungsmittel benötigt werden, spart nicht nur Kosten, sondern kommt auch der Produktqualität sowie der Umwelt zugute, nicht zuletzt da weniger Abfall anfällt. Darüber hinaus verbraucht die Anlage weniger Energie als konventionelle Modelle, der Temperaturanstieg ist vernachlässigbar und durch die geschlossene Konstruktion tendiert die Oxidation gegen null – allesamt Faktoren, die zur Produktion wohlschmeckender Weine und Fruchtsäfte wesentlich beitragen.

Mit Dynamos bietet TMCI Padovan einen Cross-Flow-Filter mit einer kalibrierten, pulsgesteuerten Absaugung an. Das rotationsdynamische Cross-Flow-Filtersystem besteht aus einem geschlossenen Behälter, der über eine Schlauchpumpe befüllt wird, und mehreren rotierenden porösen Keramikscheiben. Die Filtration wird durch die Rotation der Membranen bewirkt, nicht durch die Zwangsförderung des Mediums wie bei der konventionellen Cross-Flow-Filtration. Dieses energiesparende Verfahren verhindert Feststoffanhaftungen und erleichtert die Reinigung. Es ermöglicht lange Arbeitszyklen von bis zu 72 h ohne Unterbrechung und hohe Durchflussraten von 25 bis 50 l/m²h ohne Trubstoffe. Die verschiedenen Modelle der Baureihe sind kompakt und lassen sich einfach bedienen. Die gesamte Membranfläche ist zwischen 2 und 40 m² groß. Das Filtrat hat, wie generell bei Cross-Flow-Filtern üblich, Abfüllqualität. Es gehen jedoch keine roten Farbstoffe verloren und das Medium wird im Prozess weniger Sauerstoff ausgesetzt.

Mitverantwortlich für den Erfolg des Systems sind Antriebe von Nord Drivesystems, die in der gesamten Dynamos-Baureihe verschiedene Aufgaben ausführen. Nach Anlagengröße gestaffelt verfügt jedes Modell über mehrere Flachgetriebemotoren: Da diese die Filterscheiben antreiben, variiert ihre Zahl mit der Anzahl der Wellen – eine Maschine kann ein bis 16 Wellen enthalten. Weiterhin enthalten die Anlagen ein oder zwei Produktbehälter, die jeweils mit vier Antrieben ausgestattet sind. Jeder Antrieb ist mit einem motormontierten Frequenzumrichter der Baureihe SK 200E ausgestattet. Die sensorlosen Umrichter regeln die Geschwindigkeit mit hoher Genauigkeit und kommen dabei ohne Drehzahlrückführung aus. Die Antriebsgeschwindigkeit bestimmt die SPS der Maschine via Feldbuskommunikation. Zusätzlich ist ein separater dezentral geregelter Nord-Antrieb an der Zirkulationspumpe installiert.

Dezentrale Umrichter der Baureihe SK 200E eignen sich für die motornahe oder -integrierte Installation. Sie bieten einen ebenso umfangreichen Funktionsumfang wie die Schaltschrankgeräte der Baureihe SK 500E. Die dezentrale Installation ermöglicht kompakte, effiziente Lösungen mit geringem Verkabelungsaufwand. Die Geräte bieten eine Überlastfähigkeit von 200 %. Relative oder absolute Positionen können von der SPS über Binärwerte vorgegeben und im Antrieb gespeichert werden. Alternativ lassen sie sich auch über verschiedenste Feldbussysteme kommunizieren. Dabei kann die Positionserfassung entweder durch Inkrementalgeber erfolgen (eine On- board-Referenzierfunktion ist Teil der Grundausstattung) oder die Werte eines CANopen-Absolutwertgebers werden direkt eingelesen. Die Konfiguration läuft übersichtlich, leicht und schnell – zur Inbetriebnahme und Optimierung sind nur sehr wenige Parameter einzustellen.

Für die Anwendung mit den beschriebenen Filteranlagen ist eine Reihe von Ausstattungsmerkmalen der Umrichter entscheidend. Der präzise Lauf beeinflusst direkt die Qualität der Anlagenleistung insgesamt. Dank automatischer Magnetisierungsanpassung sinkt bei Teillastbetrieb der Energieverbrauch auf einen Bruchteil. Die Kompaktheit der Systeme macht die Installation besonders einfach. Die Inbetriebnahme wird dadurch erleichtert, dass alle Parameter lokal auf einem steckbaren EEProm-Baustein gespeichert werden. Unverzichtbar für die Anwendung waren zudem die optionalen Sicherheitsfunktionen nach Normen wie EN 61508: SIL3.

Wichtig war auch die Flexibilität, den vom Kunden präferierten Feldbus anzubinden, wobei bis zu vier Antriebe über einen Knoten mit der SPS kommunizieren können. Die Umrichter lassen sich dafür untereinander über den integrierten Feldbus auf CANopen-Basis verknüpfen. Die Entscheidung für integrierte Antriebseinheiten führte darüber hinaus zu Kostenersparnissen, weil sie die Inbetriebnahme erleichtern und der zentrale Schaltschrank kleiner ausgeführt werden kann.

Das dezentrale Elektronikprogramm bietet vielfältige modulare Anpassungs- und Erweiterungsoptionen für eine individuelle anwendungsspezifische Konfiguration. In diesem Fall nutzt der Kunde die besonders einfachen Lösungen zur Anbindung der dezentralen Knoten und die Status-LEDs. Von Vorteil ist auch, dass die Diagnosedaten über RS232 an jedem angebundenen Knoten ausgelesen werden können. Die Bedien- und Analysesoftware Nord CON PC ist kostenfrei und für das gesamte Elektronikportfolio einheitlich. Nord unterstützte den Maschinenbauer bei der Antriebsauswahl und bei der Inbetriebnahme der Systeme. Die mechatronischen Einheiten ersetzten Riemenantriebe, die der Maschinenbauer in Filteranlagen früherer Generationen verwendet hatte. Die neue Technologie bietet mehrere Vorteile wie größere Energieersparnisse, eine höhere Verfügbarkeit, eine einfachere Anlagenkonstruktion und eine erhöhte Arbeitssicherheit.