Kompaktantriebe

Kleine Abmaße – große Sicherheit

Bremswiderstände in Kompaktantrieben
Die Platz- und Temperaturproblematik bei Kompaktantrieben stellt auch spezielle Anforderungen an die verwendete Peripherie. So muss die bei Bremsbetrieb anfallende Energie zuverlässig abgeführt werden. Hierbei erweisen sich Bremswiderstände der Firma Koch aufgrund ihrer PTC-Charakteristik als besonders geeignet.

Klein und leistungsfähig müssen Frequenz- und Servoumrichter sein, um im Wettbewerb bestehen zu können. Ganz gleich ob dezentral – direkt beim oder sogar auf dem Elektromotor – oder zentral im Schaltschrank platziert: der zur Verfügung stehende Bauraum ist in der Regel ein begrenzender Faktor für die Größe der Geräte der Antriebselektronik. Die Auswirkungen der immer stärkeren Integration der elektronischen Bauelemente macht vor der Peripherie ebenfalls nicht halt. So müssen auch die notwendigen Brems- oder Ballastwiderstände möglichst kompakt ausgeführt sein.

Eine besonders sichere Bremswiderstands-Variante fertigt die Michael Koch GmbH aus Ubstadt-Weiher (Region Karlsruhe) mit dem PTC-Widerstand. Basierend auf einem speziell entwickelten PTC-Baustein mit quaderförmiger Geometrie können die Bremsleistungen kleiner und mittlerer Umrichter aktuell in drei Baugrößen aufgenommen werden. Mit einer minimalen Dimension von 67 mal 34 mal 11,5 Millimeter der kleinsten Baugröße lässt sich der PTC-Widerstand auch mechanisch gut integrieren.

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Eingebauter Selbstschutz

Die dynamische Charakteristik des PTC-Elements, die – vereinfacht ausgedrückt – mit steigender Temperatur zunächst einen fallenden und ab etwa 100 Grad Celsius einen steigenden Widerstandswert aufweist, wird von Entwicklern anfangs nur selten geschätzt, denn sie zwingt bei der Konzeption eines Umrichters zu genaueren Überlegungen. Inzwischen ist diese Dynamik jedoch von vielen Herstellern der Antriebselektronik als einzigartiges Sicherheitsfeature anerkannt. Ab der so genannten Sprungtemperatur von rund 140 Grad Celsius steigt der Widerstandswert derart steil in die Höhe, dass die Leistungsaufnahme gegen Null geht. Ohne weitere Leistungsaufnahme erfolgt kein weiterer Temperaturanstieg, das Risiko einer Überlastung ist ausgeschlossen. Der PTC-Bremswiderstand schützt sich selbst.

Legt man die Leistung des Widerstands passend aus, so dass mit Hilfe von Zwangskühlung (per Kühlkörper oder Fremdlüftung) ein bestimmtes Temperaturniveau nicht überschritten wird, ergeben sich viele Möglichkeiten, die bei der Entwicklung und dem Bau von Kompaktantrieben sehr hilfreich sind. Bei der Entwicklung der Huckepack-Umrichter sind die Temperaturen in den geschlossenen Gehäusen ein permanentes Problem. Hitzequellen wie Bremswiderstände sind darin fehl am Platz. Es sei denn, sie regeln ihre Temperaturen selbst. Der PTC-Widerstand kann so ausgelegt und platziert werden, dass das gewünschte Temperaturniveau im Umrichtergehäuse innerhalb der Grenzwerte bleibt. Sollte dann doch Unerwartetes passieren oder der Umrichter in einer nicht geplanten Applikation mit höherem Energieanfall zum Einsatz kommen, bei der eine überhöhte Belastung auf den Widerstand wirkt, geht der Umrichter ohne Teilezerstörung in den Fehlerzustand „Überspannung“. Bei weitsichtig konstruierten Geräten kann zusätzlich noch ein externer Widerstand angeschlossen werden, der die unerwartet hohen kinetischen Energien der Applikation absorbiert.

Ein weiteres Beispiel für sichere Widerstände zur Integration in kompakte Antriebselektronik ist die Serie BWD150, die mit 60 Watt Dauer- und etwa zwei Kilowatt Spitzenleistung kleinste drahtbasierte Widerstandsserie von Koch. Als Quader in der Größe 52 mal 80 mal 28 Millimeter eignet sich das kompakte Produkt mit geprüfter Schutzart IP65 zur externen Montage, aber genauso gut zur sicheren Integration in die Gehäuse von kleineren Frequenzumrichtern oder Servo-Reglern. Die Struktur des Widerstandsgehäuses wurde speziell für die Zwangskühlung in engem Bauraum ausgelegt. Die Befestigung über eine Schraubnut ist montagefreundlich und teilesparend. Die Ausführung der Anschlüsse als Litzen, Adernendhülsen oder Stecker wird gerätespezifisch umgesetzt. Und schließlich erfüllt der kleine und kräftige Widerstand die strengen nordamerikanischen Normen von UL und CSA und erweist sich als sehr sicher und zuverlässig.

Gerade kleine Antriebe werden in besonders dynamischen Applikationen eingesetzt. Ohne die passende Peripherie ist das nicht zu erreichen. Für die integrierte Variante bietet Koch Lösungen auf der Basis von zwei verschiedenen Technologien an: klassisch mit Widerstandsdraht – allerdings modern interpretiert und in Schutzart IP65 – oder mit PTC-Elementen, die ebenfalls speziell für die Applikation als Brems- oder Ballastwiderstand entwickelt wurden – und das mit einer Spannungsfestigkeit bis 1.100 Volt Gleichspannung. Chris Liebermann (gm)

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