Zukunft gestalten

Mit Sensor- und Automationstechnologien lassen sich Prozesse nicht nur steuern und überwachen, sondern auch zu mehr Effizienz verhelfen. Ein Beispiel ist das Temperaturmanagement mit Produkten des Herstellers Gefran, die Prozesse in energieintensiven Anwendungen optimieren. 

Es ist beschlossene Sache: Europa soll bis 2050 klimaneutral werden. Ab diesem Zeitpunkt dürfen nur noch unvermeidbare Treibhausgasemissionen entstehen. Als vermeidbar gilt alles, was sich durch eine ressourcenschonende Alternative ersetzen lässt. In industriellen Prozessen kann dies unter anderem über die Elektrifizierung erfolgen. Dadurch lassen sie sich nicht nur mit Hilfe erneuerbarer Energien betreiben. Sie werden auch präzise steuerbar bis hin zur Automation. Sensor- und Regelungstechnik sind dafür der Dreh- und Angelpunkt. 

Ein Paradebeispiel für Elektrifizierung und Prozesssteuerung sind energieintensive Anwendungen wie die Herstellung von Aluminium und Glas oder die Wärmebehandlung. „Für die Glasproduktion war die erdgasbetriebene Flammenwanne lange typisch“, erklärt Ralph Rohmann, Technischer Direktor bei Gefran. „Dieser Prozess kann weitestgehend dekarbonisiert werden, indem das Schmelzgut in einer vollelektrischen Schmelzwanne über Molybdän-Elektroden hergestellt wird.“ Auch in der keramischen Industrie ließen sich die brennstoffbetriebenen Öfen beispielsweise mit Hilfe von Siliziumkarbid-Heizelementen auf elektrische Wärmeprozesse umstellen. 

Aus Strom wird Wärme 

Neben der Dekarbonisierung können mit der Elektrifizierung zusätzliche Vorteile erzielt werden. Die Applikationen werden mit Halbleiterrelais und Leistungssteller präzise und bedarfsgerecht regelbar. „Die Umwandlung von elektrischer Energie in Wärmeenergie erfolgt durch elektrische Heizelemente“, so Rohmann. „Je nach Temperatur kommen unterschiedliche Heizelemente zum Einsatz, zum Beispiel Infrarotlampen, lineare Heizelemente oder Graphit.“ Die Heizelemente erfordern unterschiedliche Arten der Regelung, um eine konstante Produktionsqualität sicherzustellen und zugleich den Energieverbrauch zu optimieren. 

Gefran konzipiert und fertigt Komponenten für die Steuerung und Automatisierung industrieller Prozesse. Die Lösungen des Herstellers sind unter anderem in der Verarbeitung von Kunststoffen und Metall, der Wärmebehandlung und der Glasindustrie zu finden. Das Unternehmen engagiert sich stark für das Thema Nachhaltigkeit. Es partizipiert an der Initiative United Nations Global Compact (UNGC) und deren 17 Sustainable Development Goals (SDGs) und wurde bereits mehrfach für ein überdurchschnittliches ESG-Rating ausgezeichnet. 

Unter dem Stichwort Power-to-X unterstützt Gefran in verschiedenen Projekten Kunden darin, zum Beispiel Strom in Wärme (Power-to-Heat) zu konvertieren. Nicht nur große Lasten stehen hierbei im Fokus. Mit seinen Halbleiterrelais deckt Gefran auch den unteren Strombereich von 10 A bis 120 A ab. Jüngster Zuwachs ist die Serie GRZ-H. Sie umfasst dreiphasige Halbleiterrelais mit Baugrößen von 10 A bis 75 A. Für die elektrische Heizungssteuerung verfügen die Regler über einen effizienten Nulldurchgangsmodus. Die GRZ-H-Serie ist für die Steuerung von zwei oder drei Strängen eines Heizkreises konfiguriert. Mit einer umfangreichen Diagnostik ausgestattet, verhindern die Regler Systemausfälle und verringern damit deutlich das Risiko von Ausfallzeiten und Materialverlust. 

Das Wärmemanagement komplexer elektrischer Lasten, wie sie bei nichtlinearen Heizelementen auftreten, können Leistungssteller präzise regeln. Die neuen einphasigen Leistungssteller der Reihe GRM-H für 10 bis 120 A verfügen mit Nulldurchgang, Impulsgruppenbetrieb, Halbwellen oder Phasenanschnitt über mehrere konfigurierbare Ansteuerungsarten. Dadurch lassen sie sich an unterschiedliche Eigenschaften der Heizelemente anpassen. In einer Master-/Slave-Konfiguration können sie zusammen mit Halbleiterrelais auch die Steuerung von dreiphasigen Lasten ermöglichen. 

Prozesse besser beherrschbar 

Sensoren überwachen darüber hinaus gezielt einzelne Prozesseigenschaften. Gefran unterstützt die Indus­trie hier mit seiner innovativen Weiterentwicklung, den TWIIST-Positionssensoren. Sie basieren auf der gleichnamigen patentierten dreidimensionalen Messtechnologie des Unternehmens und erfassen kontaktlos sowie verschleißfrei eine Vielzahl von Prozessgrößen. Dazu gehören neben der Position, Neigung und Drehung auch Beschleunigung und Vibrationen.  

Sie erkennen Unregelmäßigkeiten im Ablauf und setzen diese Informationen in Relation zueinander. Dabei können sie die Größen nicht nur messen, sondern auch filtern, auswerten und nachgeordneten Systemen zur Verfügung stellen. TWIIST ermöglicht dadurch ein Condition Monitoring des Sensors sowie eine zuverlässige Überwachung des maschinellen Arbeitsprozesses. 

„Mit Komponenten der Sensor- und Regeltechnik werden energieintensive Prozesse nicht nur beherrschbarer“, sagt Ralph Rohmann. „Sie werden auch zukunftsfähig, indem die Komponenten ihnen den Weg in die Industrie 4.0 bereiten.“ Die Leistungsregler und Sensoren von Gefran lassen sich mit Schnittstellen zu Kommunikationsprotokollen wie IO-Link, CANopen oder gängigen Feldbussystemen ausstatten. Damit können sie Prozessdaten wie Strom, Spannung, Leistung, Temperatur und Statusmeldungen bis in die Leitebene übertragen. 

Wie eine intelligente Steuerung in der Leistungsregelung industrieller Öfen aussehen kann, zeigt Gefran mit seinem GSLM Smart Load Manager. Typischerweise werden in einer Anlage 20 oder mehr Öfen mit hohen Lasten bis zu 500 A vernetzt betrieben. Das intelligente Management dieser Lasten übernimmt der GSLM. Im Zusammenspiel mit GPC Power Controllern koordiniert er mithilfe der beiden intelligenten Algorithmen „Load Sharing“ (Lastverteilung) und „Load „Shedding“ (Lastbegrenzung) die Schaltfolge und Einschaltdauer von bis zu 64 Heizzonen. Mit der Steuerung ermöglicht der GSLM, dass Lastspitzen vermieden werden, der Energieverbrauch dabei gleichmäßig über die Einschaltdauer verteilt und die voreingestellte Leistungsgrenze zu keinem Zeitpunkt überschritten wird. 

Bereit für die Zukunft der Fertigung 

„Die Geräte sind in der Lage, eigenständig zu kommunizieren und auf Basis ermittelter Prozessdaten Entscheidungen zu treffen“, erklärt Rohmann. „Das ist die Basis für alle Anforderungen, die in der Zukunft der Fertigung an Bedeutung gewinnen: eine energieeffiziente Produktionssteuerung, eine konstantere Produktqualität, die vorausschauende Wartung und schließlich das maschinelle Lernen.“ 

Gefran konzipiert und fertigt dafür auch Automatisierungsplattformen sowohl für einfache Anwendungen wie beispielsweise in der Glasindustrie, als auch für komplexere, etwa industrielle Autoklaven für die Herstellung von Verbundwerkstoffen. „Mit spezifischer Hard- und Software wie Panel-PCs, Edge-Controller und Remote-I/Os realisieren wir fortschrittliche industrielle Automatisierungsarchitekturen für die effiziente Fertigung“, so Rohmann. So wird der Beitrag eines Komponentenherstellers zur nachhaltigen Zukunft der Industrie ganz konkret. 

Autor: Danica Schwarzkopf, Sales Excellence and Marketing Manager, Gefran Deutschland GmbH 

Bilder: Gefran Deutschland GmbH