Leistungsregler für industrielle Infrarotlampen bei der Bearbeitung von Verbundwerkstoffen

• Anwendung: zur Steuerung von SWIR-Lampen (Short Wave InfraRed) basierend auf dem Zyklus des Kunststoff-Spritzprozesses und mit vollständiger Integration in die Maschinensteuerung
• Lösung: 4-Kanal-Leistungsregler GFX4-IR für die SWIR-Lampensteuerung in einem Vorwärmofen für Verbundwerkstoffkomponenten für die Luft- und Raumfahrtindustrie.

Verbundwerkstoffe haben sich im Laufe der Jahre weiterentwickelt. Durch den Zusatz von Glas- und Kohlefasern zu thermoplastischen Werkstoffen wurden die Eigenschaften Steifigkeit und Festigkeit verbessert, um die Nachfrage nach Komponenten für die Luft- und Raumfahrt und die Automobilindustrie zu befriedigen und die Verwendung von Metallen zu ersetzen.
Der Vorteil von Verbundwerkstoffen liegt in der Maximierung der mechanischen Leistung bei gleichzeitiger Verringerung des Gewichts der Komponente.
Das Hybridformen ist eines der Verfahren, das in der Produktionstechnologie von Verbundwerkstoffprodukten angewandt wird
Es besteht aus dem Einlegen einer vorgewärmten Verbundlaminat-Komponente (Organoblech genannt) in die Form des typischen Kunststoff-Spritzgussverfahrens.

Der Produktionsprozess besteht praktisch aus einer Reihe von Kunststoff-Spritzgussmaschinen mit einem oder mehreren SWIR-Lampenöfen zur Durchführung von zwei Hauptphasen:

• Vorwärmen des laminierten Verbundmaterials, das in die Form eingelegt werden soll.
• Umspritzen der eingelegten Laminatkomponente mit thermoplastischem Kunststoff.

Unter Berücksichtigung der Zyklusgeschwindigkeit des Einspritzprozesses basiert die Vorwärmphase auf der SWIR (kurzwellige Infrarot)-Lampentechnologie mit schneller thermischer Reaktion und direkter Erwärmung des Substrats des laminierten Verbundwerkstoffs.
SWIR-Lampen sind eine nichtlineare elektrische Last (der Widerstand hängt von der Temperatur des Glühfadens ab) vom kalten in den heißen Zustand, und der Spitzenstrom kann bis zum 5- bis 6-fachen seines Nennstroms erreichen.
Die IR-Lampen sind in dreiphasiger Konfiguration parallel geschaltet und die Maschinen und Öfen werden über SPS gesteuert.

Leistungsregler GFX4-IR SCR

• 4-Kanal-Regelung für eine Gesamtlast von 80 kW – kompaktes Design mit platzsparender Installation
• Max. 40 A pro Kanal
• Konfigurierbare SCR-Regelung: Phase angle, zero crossing, Half single cycle, Soft start
• Flexibilität zur Anpassung an unterschiedliche Lasteigenschaften
• Spezieller Sanftanlauf für Kurzwellenlampen, Spitzenstrombegrenzer – schützt und verbessert die Lebensdauer von Heizelementen
• Alarm bei teilweisem und vollständigem Lastausfall – liefert rechtzeitige Hinweise zum Austausch des Heizelements – reduziert Ausfallzeiten
• Integrierte 4-Kanal-Sicherung und Stromwandler: reduziert zusätzliche Komponenten und Verdrahtung in der Schalttafel
• Werksautomatisierung: Durch den Ethernet-Feldbus ist er mit den meisten SPS kompatibel.

Der 4-Kanal-Leistungsregler GFX4IR war die effektivste Lösung für diese Anwendung.

Der 4-Kanal-Leistungsregler verfügt über eine spezielle SWIR-Sanftanlauffunktion (Abbildung 2), die ein allmähliches Erwärmen der Lampen beim Start des Prozesses ermöglicht und in Kombination mit dem Spitzenstrombegrenzer (Abbildung 3) die Lampe vor thermischer Belastung des Glühfadens schützt und ihre Lebensdauer verlängert.

Der angewandte SCR-Regelmodus ist eine Kombination aus Sanftanlauf in PA (Phasenwinkel) und HSC (halber Einzelzyklus) im Nulldurchgangsmodus – dies dient der Vermeidung von EMV-Störungen und Flimmereffekten an den Lampen.

Wartung und Diagnose

Die HB-Alarmfunktion erkennt eine teilweise oder vollständige Unterbrechung der Belastung zugunsten einer korrekten Heizsteuerung am behandelten Laminatmaterial, wenn ein Lampenausfall auftritt.
Das Produkt verfügt über 4 schnelle Schutzsicherungen, um das Produkt selbst vor Kurzschlüssen zu schützen.
Die ODVA- und PI-konforme Zertifizierung (Abbildung 4) dieser Produkte gewährleistet ihre volle Kompatibilität und Integration mit SPS, die Ethernet/IP und ProfiNET unterstützen.