Elektrotechnische Systemdurchgängigkeit
beim Bau von Gefriertrocknungsanlagen

Technik in trockenen Tüchern

Auf schonende Weise Stoffen unterschiedlichster Art die Flüssigkeit entziehen: Das ist das Erfolgsrezept der Firma Martin Christ Gefriertrocknungsanlagen in Osterode am Harz. Dazu bedarf es moderner Technik, die einerseits zuverlässig und andererseits zukunftssicher ist. Aus diesem Grund konzentrieren sich die Verantwortlichen verstärkt auf Systemlösungen, die der Hersteller aufeinander abstimmt. Neu hinzugekommen ist nun ein multifunktionaler Hauptschalter, der technisch, qualitativ und optisch eine Menge zu bieten hat.
„Systemdenken ist sehr wichtig für uns, weshalb wir unsere Technik seit Jahren konsequent auf eine einheitliche Gesamtlösung anpassen“, betont Martin Dill, Leiter der Automatisierung bei Martin Christ Gefriertrocknungsanlagen in Osterode im Harz. Der hohe Stellenwert funktionierender Systemlösungen ergibt sich ganz automatisch, weil deren Gefriertrocknungsanlagen für den Dauerbetrieb ausgelegt sind und weltweit eingesetzt werden. Entsprechende Trocknungsprozesse dauern zwischen Stunden und Tagen. Als Automatisierungsspezialist weiß er: „Durch Systemdenken passt auch das Gesamtergebnis und wir sparen dadurch Zeit im Service.“ Hohe Verfügbarkeit bedeutet hohe Wirtschaftlichkeit für die Endanwender aus der Pharmaindustrie, der Lebensmittelbranche, der Chemie und vieler weiterer Industriebereiche. Der grundsätzliche Aufbau solcher Trocknungsanlagen besteht aus einer Kammer mit Stellflächen und einem Kondensator. Nach dem Beschicken dieser Stellflächen mit mediengefüllten kleinen Glasflaschen oder Schalen wird Energie zugeführt, ein Vakuum erzeugt und über einen Kondensator die Restflüssigkeit auf schonende Weise aus den zu trocknenden Stoffen gezogen (sublimiert). Dabei erfolgt die Kälte- bzw. Wärmezufuhr über ein Fluid, das entsprechend geheizt oder gekühlt wird. Christ gehört zu den wenigen Anlagenherstellern, die Lösungen für Pilotanwendungen, Laboranwendungen sowie die Massenproduktion entwickeln und bauen. Dill bestätigt: „Vor diesem Hintergrund müssen wir auch bei der Geräteauswahl sehr flexibel sein und setzen deshalb vorrangig modulare Geräte mit hoher Funktionsintegration ein.“

Modularer Kompaktleistungsschalter spart Platz

Aus diesem Grund hat das Unternehmen einen Lieferantenwechsel vorgenommen und sich Mitte 2016 für den modular aufgebauten Kompaktleistungsschalter 3VA von Siemens entschieden. Dieser zeichnet sich besonders in puncto Schaltleistung, Selektivität, Montage und Anschlusstechnik sowie Kommunikation und Zubehör aus und lässt sich ohne großen Aufwand individuell an viele Applikationen anpassen. Es gibt ihn in 1- bis 4-poliger Ausführung bis 250A bzw. in 3- und 4-poliger Ausführung bis 630A. „Für uns zählt unter anderem, dass die Geräte bis zu einem Nennstrom von 160A bei einem Kurzschlussschaltvermögen von 70kA erheblich kleiner sind als früher und mit ihren kompakten Abmessungen sowie einer Baubreite von nur 70mm perfekt in jeden Schaltschrank passen“, ergänzt Martin Dill. Nun gibt es die Kompaktleistungsschalterreihen 3VA1 mit thermisch-magnetischem Auslöser und 3VA2 mit elektronischem Auslöser plus die Option einer zusätzlichen Kommunikationsanbindung. Bei Christ genügt der Kompaktleistungsschalter 3VA1 für den konventionellen Einsatz als Haupt- und Trennschalter. Für das Unternehmen zählen insbesondere praktische Eigenschaften wie nachrüstbare Abdeckungen als fingersicheren Berührungsschutz für die kompakten Klemmenkörper sowie eine stabile Führung der Welle inklusive Zusatzgriff für die manuelle Bedienung des Türkupplungs-Drehantriebes bei geöffneter Schaltschranktür. „Damit kommen wir bei einem 400er Schrank sogar ohne zusätzliche Stütze am Schalter aus“, bestätigt der Automatisierungsfachmann. Für tiefere Schränke liefert Siemens optional einen Haltebügel für die 600mm lange 8mm-Welle (gegen Durchhängen), die sich problemlos am Kompaktleistungsschalter anbringen lässt. „Da ist alles durchdacht“, freut er sich.

Schnelle Zustandserfassung

Nun gibt es mit dem neuen Kompaktleistungsschalter 3VA optional beleuchtete manuelle Drehantriebe, die dem Anlagenbetreiber wichtige Informationen aus der Ferne geben. So werden drei Schaltzustände des Leistungsschalters On, Off und Tripped (ausgelöst) per LED farblich angezeigt. Ist beispielsweise die Gefriertrocknungsanlage ausgeschaltet, leuchtet die LED der Zustandsanzeige grün. Bei roter Anzeige ist die Anlage betriebsbereit und wird mit Spannung versorgt. Bei gelber LED hat der Kompaktleistungsschalter aufgrund von Überlast oder Kurzschluss ausgelöst. Energiewerte werden über Siemens-Messgeräte 7KM PAC 4200 erfasst. „Diese Informationen sind ein erheblicher Mehrwert für unsere Kunden“, versichert Martin Dill und ergänzt: „Wir liefern unsere Anlagen weltweit und erhalten aufgrund der Messgrößenvielfalt sowie der Genauigkeit der Messgeräte wichtige Zusatzinformationen.“ Beispiel Netzstabilität: Bei Ländern, in denen die Netzqualität nicht immer den gestellten Anforderungen entspricht, liefert das 7KM PAC 4200 wertvolle Daten bezüglich Spannungsspitzen, Phasenverschiebung und einiges mehr. Diese werden im Gerät bis zu 40 Tage lang gespeichert. Die Geräte besitzen zudem eine Ethernet-Schnittstelle und können so ins firmeneigene Anlagennetz des Anlagenbetreibers eingebunden werden, der auf diese Weise auch ganze Lastgänge darstellen kann. Vor allem bei den großen Trocknungsanlagen, von denen ein bis zwei Dutzend jedes Jahr in Osterode gebaut werden, lassen sich die Energiewerte bestens dafür verwenden, die Kältetechnik noch effizienter zu machen und damit Wettbewerbsvorteile zu gewinnen. Dill ergänzt: „Wir nutzen dieses multifunktionale Messgerät auch in unserer eigenen Produktion, um die Energieeffizienz systematisch zu optimieren.“ Auch diesbezüglich sieht der Praktiker einen wertvollen Gewinn, der sich aus dem systematisch betriebenen Systemdenken und Gesamtlösungen aus einem Guss ergibt. Die Werte erhält das Messgerät aus dem Siemens-Stromwandler 7KT für 3x 150A. Dieser wird bewusst hinter dem Hauptschalter platziert, damit er bei einem eventuellen Service spannungsfrei geschaltet werden kann.

Peripherie aus einem Guss

Neben der Absicherung der Hauptstromkreise über den Kompaktleistungsschalter 3VA werden die einzelnen Hilfsstromkreise mithilfe von Leitungsschutzschaltern 5SY6 vom gleichen Hersteller mit seitlich angebautem Hilfsschalter 5ST301 abgesichert. Diese Automaten dürfen als Hauptschalter zum Trennen oder Freischalten von Anlagen verwendet werden und sind für Netze bis AC 250/440V zugelassen. Einer dieser Hilfsstromkreise, der durch einen solchen Standard-B-Automaten vor Kurzschluss geschützt wird, ist die Stellflächenheizung mit Silikonöl als Wärmeträgermedium in den Gefriertrocknungsanlagen. Dieser Stromkreis wird über ein elektronisches Halbleiterschütz 3RF2 mit Laststromüberwachung getaktet. Während hier ein einziger Heizkreis geschaltet wird, sind die Geräte jedoch in der Lage bis zu sechs Heizströme zu überwachen. Diese können direkt am Gerät per Knopfdruck geteacht werden. „Aufeinander abgestimmte Komponenten sind nach unserer Erfahrung ein großes Plus bei der Entwicklung und dem Bau von Anlagen“, fasst Martin Dill zusammen. Einheitliche Gesamtlösungen mit Standardgeräten unterstützen deshalb auch die Prozesse bei Christ. So sorgt beispielsweise im Fehlerfall ein Schütz Sirius 3RT2 von Siemens für die Sicherheitsabschaltung des Halbleiterschützes. Und auch sämtliche Abzweige für die unterschiedlichen Subsysteme wie Kältekompressoren, Vakuumpumpen, Umwälzpumpe und Hydraulikpumpe stammen aus dem gleichen Sirius-Systembaukasten von Siemens, so dass auch hier die Systemtechnik einheitlich ist. Martin Dill betont: „Durch Einsatz der Kompaktabzweige Sirius 3RA6 mit zugehörigem Einspeisesystem, das bis zu 100A stromtragfähig ist, sparen wir uns ein zusätzliches 3-Phasen-Schienensystem und gleichzeitig mindestens einen Tag Montagezeit.“ Zudem profitieren die Osteroder von dem Weiteinstellbereich der Kompaktabzweige, so dass sich mit nur fünf Baugrößen Bemessungsströme von 0,1 bis zu 32A (15kW) schalten und schützen lassen. „Wir brauchen alle Leistungsgrößen und profitieren deshalb in jeder Gefriertrocknungsanlagen von den Vorteilen dieser Kompaktabzweige“, betont Dill. Er schätzt, dass durch den geringeren Verdrahtungsaufwand bei jeder Anlage mindestens ein weiterer Manntag Arbeitszeit gespart wird. Hinzu kommt, dass bei der früheren Lösung mit einem anderen Hersteller keine Dicht-an-dicht-Montage möglich war und so mehr Platz im Schaltschrank benötigt wurde. Heute dagegen sei weder der Platzbedarf noch die Verlustleistung im Schaltschrank ein Thema. Als komfortabel empfindet der Automatisierungsspezialist auch die Anzeige eines bevorstehenden Lebensdauerendes der Hauptkontakte an den Geräten. Diese Information kann sogar über einen IO-Link-Anschluss direkt von der Steuerung ausgelesen werden. In der hohen Produktqualität der Kompaktabzweige in Verbindung mit der so erreichten Betriebssicherheit sieht er einen wichtigen Wettbewerbsvorteil. Aus demselben Grund gibt es im Schaltschrank auch Leistungsschalter Sirius 3RT2 aus dem gleichen Schalttechnik-Systembaukasten von Siemens. Dieser sichert den Frequenzumrichter ab, der als Antrieb für den Einzelplattenverschluss der Stellflächen im Gefriertrockner gebraucht wird, und passt auch optisch in das Bild des Schaltschranks.

Kompaktleistungsschalter krönt die Schalttechnik aus einem Guss

Die Entscheidung, bei der elektrotechnischen Ausrüstung aufeinander abgestimmte Gesamtlösungen zu bevorzugen, hat sich bei Martin Christ Gefriertrocknungsanlagen in Osterode als strategischer Wettbewerbsvorteil erwiesen. Gleichzeitig ergeben sich im Zuge dieser Vereinheitlichungsstrategie positive Zusatzeffekte wie zum Beispiel das vereinfachte Engineering, ein beschleunigter und übersichtlicher Einkauf sowie eine hohe Anlagenverfügbarkeit. Martin Dill nennt ein Beispiel: „Bei der Gerätetechnik setzen wir falls möglich durchgängig auf Federzugtechnik, wodurch lockere Verbindungsstellen der Vergangenheit angehören und die Verfügbarkeit unserer Anlagen noch weiter erhöht wird.“ Sukzessive werden die technischen Lösungen homogener, und in den Schaltschränken erkennt man die Schalttechnik aus einem Guss. Der seit Mitte 2016 eingesetzte Kompaktleistungsschalter 3VA bildet dabei das Herz des Schaltschranks, der über die ordnungsgemäße Spannungsversorgung sämtlicher Anlagenteile wacht. Für Martin Dill ist er eine gelungene Entwicklung: „Modularer Aufbau, hohe Produktqualität, durchdachtes Design und kompakte Ausführung machen einem die Entscheidung leicht.“