Bremswiderstände

Individuell und ganz schnell

27.09.2006 | Redakteur: Reinhard Kluger

Ein Baukastensystem sorgt für die Flexibilität beim Konstruieren und Ausliefern von Bremswiederständen, wie sie der Anwender schätzt. Individualisierte Widerstandslösungen lassen sich rasch...

Ein Baukastensystem sorgt für die Flexibilität beim Konstruieren und Ausliefern von Bremswiederständen, wie sie der Anwender schätzt. Individualisierte Widerstandslösungen lassen sich rasch realisieren. Für den Maschinenbauer bedeutet das eine ausgewogen Kosten/Nutzen-Relation.Michael Koch*

Meist steht er im Schatten des technischen Fortschritts von Antrieben, doch er gehört genauso dazu wie Frequenzumrichter, Servoumrichter und Elektromotor: Der Bremswiderstand, oft auch Ballastwiderstand genannt. Er vernichtet bei Drehrichtungsänderungen oder allgemeinen Bremsphasen die aus der kinetischen Energie entstehende elektrische Energie. Je nach Applikation und Einbausituation ist der passende Widerstand nach Leistung und Widerstandswert auszuwählen.Für Anwendungen wie diese bietet der Markt eine Vielzahl von Technologien an.

Allen Bremswiderständen gemeinsam ist dabei lediglich die Einsatz-Nennspannung. Sie hängt ab vom Spannungsniveau des Zwischenkreises oder genauer von der Einschaltspannung des Bremstransistors im Zwischenkreis. Weil diese wiederum direkt von der Netzspannung abhängt, setzen die Hersteller von Bremswiderständen auf die sichere Seite und gehen vom höchst erreichbaren Wert aus: Bei der Auswahl sollte deshalb für einen Bremswiderstand eine sicher zulässige Betriebsspannung von 1000 V Gleichstrom selbstverständlich sein.Den Drahtwiderstand modern interpretiertAbhängig von der Bremsleistung haben sich Drahtwiderstände und Stahlgitterwiderstände als Standard etabliert. Drahtbasierte Bremswiderstände sind noch häufig auf Keramikröhren gewickelter Widerstandsdraht, entsprechend fixiert und zur Sicherung der Schutzart IP20 in ein Lochblechgehäuse eingebaut. Für wesentlich höhere Bremsleistungen reichen Drähte nicht mehr aus, und so wird die elektrische Energie in geometrisch optimierte und miteinander verbundene Stahlplatten in Wärme umgesetzt.

Bei hohen Einschaltdauern und hohen Bremsenergien jedoch ist die Möglichkeit einer Netzrückspeisung durchaus genauer zu untersuchen. Bei kleineren Leistungen dagegen ist sehr häufig die Dynamik des Antriebs gefordert. Um diesem Anspruch in einem Gerät gerecht zu werden, integrieren die Hersteller von Antriebselektronik häufig einen Bremswiderstand oder Ballastwiderstand in das Gehäuse des Umrichters, der das erwartete Gros der Einsatzfälle abdecken soll. Kompakt, leistungsfähig und montagefreundlich soll der Widerstand sein.

Darüber hinaus soll er nur mäßig hohe Oberflächentemperaturen entwickeln und die Approbationen des Geräts nach nordamerikanischen Normen nicht gefährden. Das auf Bremswiderstände spezialisierte Unternehmen Michael Koch GmbH bietet für die integrierte Variante Lösungen auf der Basis von zwei verschiedenen Technologien an: - Klassisch mit Widerstandsdraht, allerdings modern interpretiert und in Schutzart IP65, oder -auf der Grundlage von PTC-Elementen, die ebenfalls speziell für die Applikation als Brems- oder Ballastwiderstand konzipiert wurden. Sie sind spannungsfest bis 1100 VDC.

Speziell entwickelte PTC-Bausteine können die Bremsleistungen kleiner und mittlerer Umrichter ohne Risiko aufnehmen. Die dynamische Charakteristik des PTC-Elements ( positiver Temperatur-Koeffizient - PTC) schätzen Entwickler nicht so sehr, denn sie zwingt bei der Konzeption eines Umrichters zu genaueren Überlegungen. Der Grund, vereinfacht ausgedrückt: ausgehend von der Raumtemperatur fällt mit steigender Temperatur erst der Widerstandswert, um bei Temperaturen ab rund 100° Celsius wieder einen steigenden Widerstandswert aufzuweisen. Inzwischen erkennen in dieser Dynamik jedoch viele Hersteller von Antriebselektronik ein einzigartiges Sicherheitsmerkmal. Denn ab der so genannten Sprungtemperatur von rund 140 Grad Celsius steigt der Ohmwert derart steil in die Höhe, dass die Leistungsaufnahme gegen Null geht. Die Folgen: Ohne weitere Leistungsaufnahme steigt die Temperatur nicht weiter an, das Risiko einer Überlastung ist somit ausgeschlossen.

Der PTC-Bremswiderstand schützt sich selbst. Ein PTC-Widerstand lässt sich so auslegen und im Gehäuse platzieren, dass das gewünschte Temperaturniveau im Umrichtergehäuse innerhalb der festgelegten Grenzwerte bleibt. Sollte etwas Unerwartetes passieren, oder der Umrichter kommt in einer nicht geplanten Applikation höheren Energieanfalls zum Einsatz - bei der eine überhöhte Belastung auf den Widerstand wirkt, dann geht der Umrichter, ohne Bauteile zu beschädigen, in den Fehlerzustand „Überspannung“ über. Bei weitsichtig konstruierten Geräten lässt sich dann zusätzlich noch ein externer Widerstand anschließen, der die unerwartet hohen kinetischen Energien der Applikation absorbiert.

Ein weiteres Beispiel für sichere Widerstände zur Integration in kompakte Antriebselektronik sind die Bremswiderstände der Serie BWD150, die mit 60 W Dauerleistung und rund 2 kW Spitzenleistung kleinsten drahtbasierten Widerstände der Koch GmbH. Als Quader in der Größe 52 mm x 80 mm x 28 mm lässt sich der sehr kompakte Bremswiderstand mit geprüfter Schutzart IP65 extern montieren, aber genauso gut lässt er sich sicher in die Gehäuse kleinerer Frequenzumrichter oder Servo-Regler integrieren. Die Struktur des Widerstandsgehäuses des BWD150 eignet sich besonders gut für die Zwangskühlung in engem Bauraum.

Die Befestigung über eine Schraubnut ist montagefreundlich und teilesparend. Die Ausführung der Anschlüsse als Litzen, Adernendhülsen oder Stecker wird gerätespezifisch umgesetzt. Und: der kleine, aber kräftige Widerstand mit der Approbation nach den strengen nordamerikanischen Normen von UL und CSA gilt als besonders sicher und zuverlässig.Eine Einheit, mehrere ApplikationenGrößere Bremsleistungen bieten die Einzelwiderstände der Baureihen BWD250, BWD500 und BWD600. In verschiedenen Anschlussausführungen lieferbar, können sie aufgrund der Schutzart IP65 auch ohne weiteres außerhalb des Schaltschranks installiert werden. Nach Kundenwunsch mit Steckern, Klemmen oder mit geschirmtem Kabel gerüstet, passen die allesamt approbierten Widerstände punktgenau zur Applikation. In Verbindung mit Unterbaurahmen, die den Widerstand zwischen Umrichter und Schaltschrankwand verschwinden lassen, wird die Schaltschrankfläche optimal genutzt oder bietet eine sichere Möglichkeit, ähnlich der Cold-Plate-Technik, den Widerstand extern zu platzieren.

Ein besonderer konstruktiver Clou hilft vor allem Anlagenbauern, Platz im oder auf dem Schaltschrank zu sparen: In einer Einheit lassen sich mehrere Widerstände für unterschiedliche Applikationen integriert. Dies spart darüber hinaus teueren Montageaufwand. Eine große Anzahl an realisierbaren Widerstandseinheiten mit dem Kürzel „V“ in der Typenbezeichnung verbessern die Chancen beträchtlich, bei Koch über die gut 30000 Serienwiderstände hinaus die optimale Lösung für das Maschinensystem zu finden. Einheiten mit zwei, drei oder gar vier verschiedenen, integrierten Widerstandskombinationen lassen sich ad hoc produzieren und ausliefern.

Die hohe Lieferbereitschaft gilt auch bei Just-in-time-Lieferungen unterschiedlicher Ausführungen. Wie ein Lieferant von Autositzen, der just-in-time normale, Sport- und Komfortsitzgruppen mit Velours, Leder oder Mischbezug zu liefern hat, bringt Koch in kurzen Abruffristen maschinenindividuelle Produkte aus kundenspezifisch vereinbarten Widerstandsprogrammen zur vereinbarten Zeit an den rechten Montageort. Die Verantwortung für Lager und zuverlässige Lieferung ist Teil des Servicegedankens. Da verwundert es kaum, dass die Widerstandslösungen keine Billigprodukte sind. Trotzdem bleibt die Kosten-Nutzen-Relation für den Maschinenbauer positiv, denn er kann in Konstruktion, Material und Logistik Kosten sparen. Und Nerven.

*Michael Koch, Geschäftsführender Gesellschafter, Michael Koch GmbH in Ubstadt-Weiher.

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