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Durchgängige Energieeffizienz

01  Dank der geringen Leistungs­aufnahme verbraucht das Basisgerät Pnoz MB0 des konfigurierbaren Steue­rungssystems Pnoz-Multi 2 bis zu 80 % weniger Energie als vergleichbare Produkte

02  Durch den Einbau der ­Motion-Control-Karte PMC-Primo C in den Servoverstärker PMC-­Protego D entsteht ein kompaktes und leistungsstarkes Motion-Control-­System

03  Servomotoren PMC-Tendo SZ gehen in vielen Anwendungen über die normativen Angaben für die internationale Wirkungsgradklasse IE 4 hinaus

04  Das optimierte Systemdesign des dezentralen E/A-Systems PSS-Universal beispielsweise senkt den Energieverbrauch bei der Erfassung und Verarbeitung von Signalen

Nachhaltigkeit sollte ein wichtiger Bestandteil der Unternehmensgrundsätze sein. Umweltschutz und Energieeffizienz müssen fest in den Prozessen verankert sein und weltweit gelebt werden. Bei Pilz ist es erklärtes Unternehmensziel, umweltfreundliche Produkte unter Verwendung ökologischer Werkstoffe und energiesparender Techniken zu entwickeln.

Mit dem Siegel „energy saving by Pilz“ (Bild 1) zeichnet Pilz seine besonders energiesparenden Produkte aus. Zu diesen zählen sowohl alle Steuerungssysteme, Schaltgeräte und Sensoren als auch in besonderem Maße die Aktoren. Denn: Zwei Drittel der elektrischen Energie im industriellen Umfeld wird von den elektrischen Antrieben „verbraucht“. Mit moderner Servotechnik lässt sich das Einsparpotenzial heben, zum Beispiel durch geregelte Antriebe und die bedarfsgerechte Dimensionierung.

Energiesparende Antriebslösung
Das Steuerungssystem PMC-Primo Drive-P beispielsweise ist eine All-in-one-Motion-Control-Lösung. Durch den Einbau der PMC-Primo-C-Motion-Control-Karte in den Servoverstärker PMC-Protego D entsteht ein kompaktes und performantes System (Bild 2). Konzipiert ist es für Anwendungen mit vielen Achsen und hohen Anforderungen an Leistung und synchronisierte Bewegungen. Merkmale des Systems sind neben seiner kompakten Bauweise ein schneller Prozessor, digitale Ein- und Ausgänge, ein übersichtliches Software-Tool sowie die Erweiterbarkeit mit der Sicherheitskarte PMC-Protego S .
Auch Servomotoren sorgen für effiziente Energienutzung. So beispielsweise die Servomotoren PMC-­Tendo SZ (Bild 3), die aufgrund ihrer kurzen Baulänge und ihres geringen Gewichts über eine hohe Leistungsdichte verfügen. Sie ­arbeiten durch ihren hohen Wirkungsgrad besonders energieeinsparend und gehen dabei in vielen Anwendungen über die Definitionen der DIN EN 60034-30 für Wirkungsgradklasse IE 4 hinaus. Die Wärme­ableitung ist hier optimiert und sorgt für eine permanent hohe Leistung. Hochauflösende Absolutwert-Gebersysteme gewährleisten eine hohe Regel­güte und einen schnellen Systemstart ohne Referenzfahrt. Dank geringer Rastmomente zeichnen sich solche Motoren durch eine hohe Laufruhe und Prozess­qualität aus. Optimale Einsatzgebiete finden sich in Anwendungen mit mitfahrenden Achsen, also bei sich häufig ändernden Drehzahlen, sowie bei beengten Einbauverhältnissen. Die Servomotoren von Pilz etwa stehen mit unterschiedlichen Kühl­varianten bereit, zum Beispiel mit Wasser­kühler, Fremdlüfter oder mit natürlicher Konvektion. Dabei sind die wassergekühlten Motoren um rund 35 % leistungsfähiger gegenüber dem Basismodell mit natürlicher Konvek­tion. Auch bei hohen Umgebungstemperaturen kommt es somit zu keinen Leistungsverlusten.
Komplettlösungen mit Synchronmotoren sind mit Blick auf die Energiebilanz in der Regel die bessere Wahl. Bedenkt der Maschinenbauer, dass durch die DIN EN 60034-30 der bisherige Preisvorteil der Asynchrontechnik geringer ausfällt, macht die Umstellung auf Synchronmotoren für viele Anwendungen Sinn. Effiziente Lösungen, die nicht nur die Sicherheit, sondern auch die geforderte Energieeffizienz im Bereich Antriebstechnik umsetzen helfen, sollten gewählt werden.

Energieeffizienz lohnt sich
Energieeffizienz lohnt sich aber nicht nur im Antriebsbereich; sie ist ganz allgemein als wirtschaftlicher Faktor in allen Produktbereichen zu sehen. Das gilt auch für die Ein- und Ausgangsebene. Das optimierte Systemdesign des dezentralen E/A-Systems PSS-Universal beispielsweise senkt den Energieverbrauch bei der Erfassung und Verarbeitung von Signalen. Je nach benötigter Anzahl an sicheren Modulen lassen sich im Vergleich zu anderen marktüblichen Systemen Energieeinsparungen erzielen.
Der Grundaufbau des E/A-Systems ist so konzipiert, dass die komplette Sicherheitslogik im Kopfmodul integriert ist. Marktüblich ist, dass die Systeme diese in jedem einzelnen Modul integriert haben, was einen höheren Energieverbrauch bedeutet. Bei PSS-Universal (Bild 4) dagegen wird die Verlustleistung, die in einem Bauelement in Wärme umgesetzte Leistung, reduziert und somit Energie eingespart. Aufgrund der geringen Wärmeabgabe kann das Modul kompakter gebaut und somit wiederum Platz im Schaltschrank eingespart werden. Anwender können für ihre Applikation die individuelle Verlustleistung über das Software-Tool PSS-Universal Assistant im Vorhinein berechnen.

Konfigurierbare und energieeffiziente Steuerungssysteme
Auch konfigurierbare Steuerungssysteme überwachen Sicher­heitsfunktionen in vielen Bereichen des Anlagen- und Maschinenbaus und sollten bei der Energieeffizienzbetrachtung einbezogen werden. Denn, in Fertigungsstraßen kommen bis zu 100 Steuerungen zum Einsatz. Daher lohnt ein Vergleich des Energieverbrauchs.
Die konfigurierbaren Steuerungssysteme Pnozmulti 2 beispielsweise erfüllen die Anforderungen an energieeffiziente Produkte. Mit einer Leistungsaufnahme von 0,8 W ist das Basisgerät Pnoz MB0 besonders effizient: Dank der geringen Leistungsaufnahme verbraucht es nach Herstellerangaben bis zu 80 % weniger Energie als vergleichbare Produkte. Umgerechnet auf den CO 2 -Verbrauch bedeutet das bei 4.800 Betriebsstunden eine Ersparnis von bis zu 6,39 kg Kohlendioxid pro Jahr für jede eingesetzte Steuerung.

Monitoring ist der erste Schritt
Der erste Schritt auf dem Weg zum intelligenten Energie­management bei der Maschinen- oder Anlagensteuerung sind Monitoring-Lösungen. Die elektronischen Überwachungsgeräte der Familien PMD-Sigma und PMD-Srange messen unter anderem Strom, Isolationswiderstand, Spannung oder Wirkleistung. Die ermittelten Daten ermöglichen es, ein Leistungsprofil für Maschinen und Anlagen zu erstellen. Hieraus lässt sich ablesen, wann welche Teile der Anlage wie viel Energie benötigen. Auf Basis dieser Informationen können beispielsweise Anlagen in Betriebspausen gezielt ab- und angeschaltet werden, die sonst längere Zeit im Stand-by-Betrieb laufen und so unnötig Energie verbrauchen würden. Somit eröffnet sich nicht zuletzt auch durch den Einsatz von Monitoring-Systemen in Anlagen kombiniert mit effizienter Technologie im Schaltungsaufbau ein großes Potenzial zur Energieeinsparung. (ih)

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Autor: Holger Goergen arbeitet im technischen Büro Wuppertal der Pilz GmbH & Co. KG.