A A A
| Sitemap | Kontakt | Impressum | Datenschutz
ETZ Logo VDE Verlag Logo

Dezentrale Antriebslösungen für die Fördertechnik

Bild 1. Der Motorumrichter 8400 Motec erweitert die Antriebs- und Automatisierungsplattform L-Force im Bereich dezentrale Antriebstechnik

Bild 2. Weil sich Energie, Feldbuskommunikation und Sicherheitstechnik mit fertig konfektionierten Leitungen durchschleifen lassen, sinkt der Installationsaufwand

Bild 3. Die gut sichtbare zweifarbige Status-LED auf der Oberfläche des Umrichters – hier kombiniert zum durchdachten Drive Package – erleichtert die erste Diagnose

Bild 4. Vor allem im Materialfluss mit weitläufigen Anlagen punkten dezentrale Antriebslösungen

Die wichtigsten Anforderungen an das Antriebssystem von Förderstrecken sind hohe Zuverlässigkeit und Robustheit in Verbindung mit langer Lebensdauer bei geringem Energie-, Installations- und Wartungsaufwand. Dezentrale Antriebssysteme, wie die Lenze-Reihe 8400 Motec haben vor allem in weiträumigen Anlagen bewiesen, dass sie im Vergleich zur Schaltschranktechnik die preiswertere und bessere Lösung darstellen. Grundlage für diese Bewertung ist die Summe aus Schaltschrank-, Installations-, System-, Inbetriebnahme- und Betriebskosten.

Ein konkretes Anwendungsbeispiel für dezentrale Antriebslösungen ist ein automatisierter Fertigungsprozess mit der Förderung von Stückgütern zwischen den Bearbeitungsstationen. Die Transportstrecken der bis zu 15 kg schweren Güter können bis zu 150 m lang sein. Das einzelne Förderelement misst durchschnittlich 3 m bei einem Steigungswinkel von bis zu 10°. 60 Förderelemente sind auf einer Produktionsfläche von 30 m x 60 m installiert, verteilt auf mehrere Linien von jeweils rund 50 m. Für die lokale Bedienung stehen 20 Stationen, ausgestattet mit Tasten und Leuchten, zur Verfügung. Zwei weitere Rahmenbedingungen: digitale IO zum Anschluss von Sensoren und Aktoren, ferner das sichere Stillsetzen von Antrieben durch ein Notstoppkonzept, mit Auslösungen entlang der Strecke und dem unmittelbaren Wiederanfahren einzelner Elemente nach Störungsbeseitigung. Die genauen Standorte der Notstopptasten sollen dabei erst vor Ort festgelegt werden.

Standards individuell integriert
Die aufgeführten Rahmenbedingungen zeigen, dass sich Aufgaben im Materialfluss in der Regel nicht mit Standardlösungen realisieren lassen – wohl aber mithilfe individuell integrier- und kombinierbarer Standardkomponenten. Standen in der Vergangenheit bei der Anlagenprojektierung und Lieferantenauswahl möglichst niedrige Komponentenpreise im Fokus betriebswirtschaftlicher Betrachtungen, werden heute umfassende Berechnungen der Lebenszykluskosten sowie Betrachtungen des Return on Investment immer wichtiger. Letztlich lassen sich Einsparpotenziale und Prozessoptimierungen im Materialfluss nur dann vollständig ausschöpfen, wenn alle Komponenten einer Antriebsachse den Anspruch an Energieeffizienz, hohe Verfügbarkeit und Wartungsfreundlichkeit erfüllen.
Aus diesem Grund hat Lenze die Umrichterreihe 8400 Motec entwickelt (Bild 1). Mit den dezentralen Umrichtern – Mitglieder der Antriebs- und Automatisierungsplattform L-Force – lassen sich Antriebsaufgaben direkt am Prozess schnell und kostengünstig lösen. Montiert auf dem Motor oder in unmittelbarer Nähe am Maschinengestell, sorgt diese Antriebsarchitektur unter anderem dafür, dass Schaltschrankplatz eingespart wird und teure geschirmte Motorleitungen im Idealfall ganz wegfallen können. Statt aufwendiger Sternverdrahtung sind Kommunikation und Energie elegant durchschleifbar (Bild 2).

Maximale Leistung
Damit sich Techniker oder Monteure in der Engineering- und Installationsphase nicht lange mit den Komponenten aufhalten müssen, sind Plug-and-Drive-Konzepte gefragt, die die Prozesskosten merklich senken. Ein Beispiel dafür ist beim 8400 Motec die bereits integrierte Ansteuerung von Federkraftbremsen.
Generell hat der Hersteller die werkseitigen Einstellungen so vorgenommen, dass die Umrichter in der Lage sind, ein Maximum an Leistung zu bringen, ohne sich dabei selbst zu überfordern. Das macht den Umgang mit den Geräten von Anfang an einfach und vor allem sicher. Die gut sichtbare, zweifarbige Status-LED auf der Oberfläche des Gerätegehäuses erleichtert auch noch aus einer größeren Entfernung und in schwierigen Einbaulagen eine erste Diagnose – und zwar ohne dass erst eine autorisierte Person den Schaltschrank öffnen muss (Bild 3).

Im Servicefall lässt sich ein Gerätetausch schnell vornehmen: Lediglich vier Schrauben sind zu lösen. Die Verkabelung bleibt erhalten und die Parametrierung des neuen Umrichters erfolgt durch Umstecken des vorhandenen Memory-Moduls.
Das Memory-Modul gehört zum durchgängigen Konzept innerhalb der L-Force-Welt. Die zentrale Speichereinheit beinhaltet alle Parameter des Umrichters und ermöglicht so, die Geräte bereits vor der Inbetriebnahme zu parametrieren. Vor Ort wird dann nur noch das Modul in den Umrichter gesteckt und sofort ist die Antriebsachse betriebsbereit. Weil das aufwendige Parametrieren der Antriebsregler bei der Inbetriebnahme entfällt und die Daten sich beliebig oft auf Module kopieren lassen, ergeben sich vor allem im Serienmaschinengeschäft Einsparpotenziale.

Prozesse leicht kombinierbar
Hersteller von Materialflusssystemen profitieren von besseren Möglichkeiten, Prozesse leicht in miteinander kombinierbare Maschinenmodule zu gießen. Diese Subsysteme lassen sich standardisiert in höheren Stückzahlen fertigen. Spezielle Kundenlösungen entstehen demnach aus der individuellen Kombination einheitlicher Module, die sich später leicht in eine bestehende Gesamtanlage integrieren lassen (Bild 4). Dezentrale Antriebstechnik unterstützt diese Modularisierung – heute auch zusätzlich mit integrierter Sicherheitstechnik, beim 8400 Motec mit dem „Sicher abgeschalteten Moment“ (Safe Torque Off, STO). Durch die „Drive-based Safety“ entfällt das zentrale Abschalten der 400-V-Versorgungsspannung, was zusätzlich Platz im Schaltschrank einspart.
Einen weiteren Pluspunkt stellt in diesem Zusammenhang die Anschlusstechnik des Umrichters dar. Die Verbindung zwischen den Geräten erfolgt immer mit denselben drei vorkonfektionierten und geprüften Leitungsarten für Leistung, Kommunikation und Safety. Unterschiedliche Stecker machen Verwechslungen unmöglich. Die einfache Handhabung sorgt überdies dafür, dass die Inbetriebnahme einer Anlage schnell und fehlerfrei erledigt ist und auf der Baustelle nicht ständig spezialisiertes Personal vor Ort sein muss. Dies senkt die Lohnkosten.

Sinkende Herstellungskosten
Unter dem Strich wiegen die im Vergleich zur zentralen Schaltschranktechnik niedrigeren Kosten für Installation, Projektierung und Schaltschränke den höheren monetären Aufwand für Hardware, Verkabelung und IO auf. Insofern kann die dezentrale Antriebstechnik einen Beitrag leisten, um die Herstellungskosten im Maschinenbau weiter zu reduzieren. Die Möglichkeiten zur Optimierung an der Mechanik sind an dieser Stelle ziemlich ausgereizt, will man nicht gleichzeitig den Qualitätsstandard reduzieren.
Angesichts der Tatsache, dass der Anteil der Erstinvestition für die Antriebstechnik bezogen auf die gesamten Lebenszykluskosten einer Anlage nur 10 % bis 15 % beträgt, gehört Energie zu den weiteren Führungsinstrumenten im „Sparkonzert“. Aufgrund der langen Betriebsdauer in der Fördertechnik und der Logistik verursacht der Stromverbrauch bis zu 40 % der Gesamtkosten im Lebenszyklus. Folglich lohnen sich Investitionen zum Einsparen hier besonders.

Die Antwort hierzu bietet das „Drive Package“ – ein kompaktes und energieeffizientes Paket aus Motor, Getriebe sowie Umrichter mit gutem Kosten-pro-kW-Verhältnis. Dank der Auslegung der L-Force-Drehstrommotoren des Typs MF ist für dieselbe Ausgangsleistung die Baugröße um bis zu zwei Stufen reduzierbar. Die neue Reihe überbietet die Mindestwirkungsgrade der Effizienzklasse IE2 und nutzt durch ihren besonderen Zuschnitt in vollem Umfang die Chancen, die der Frequenzumrichterbetrieb bietet. Gegenüber herkömmlichen Drehstrommotoren ergibt sich ein Performancezuwachs, unter anderem wegen der hohen Energieeffizienz sowie einer servo¬ähnlichen Kompaktheit und Dynamik. Letztere resultiert im Wesentlichen aus der geringeren Massenträgheit aufgrund der kleineren Achshöhe bei gleicher Leistung. Das im Vergleich zu Normmotoren niedrigere Trägheitsmoment reduziert ferner den Energieverbrauch bei Drehzahländerungen.

Fazit
Der Hersteller hat mit der Kombination aus dezentralem Frequenzumrichter, abgestimmten Drehstrommotoren sowie wirkungsgradstarken Getrieben ein effizient arbeitendes Antriebspaket geschnürt. Dieses lässt sich in weiträumigen Anlagen durch integrierte IO flexibel platzieren. Die Anschlusstechnik für Safety, Feldbuskommunikation sowie Netzversorgung sorgt zudem für eine kostensparende Linientopologie.

Der Beitrag als pdf

Dipl.-Ing. (FH) Kurt Raymann ist als Leiter Decentralised Drives bei der Schmidhauser AG, Romanshorn, einem Unternehmen der Lenze-Gruppe, tätig.