Dezentrale Antriebstechnik: Umrichter für modulare Konzepte

Mit dezentralen Umrichtern lassen sich Antriebsaufgaben direkt am Prozess schnell lösen. Montiert auf dem Motor oder in unmittelbarer Nähe am Maschinengestell, sorgt diese Antriebsarchitektur u.a. dafür, dass Schaltschrankplatz eingespart wird und teure geschirmte Motorleitungen im Idealfall wegfallen können. Hintergrund: Anstelle aufwändiger Sternverdrahtung mit langen geschirmten Motorleitungen lassen sich Kommunikation und Energie elegant durchschleifen. Der 8400 motec unterstützt bereits in der Grundausführung das Durchschleifen von 400V. Aufgrund verschiedener Anbaumodule wird dies auch für die Steckervariante ermöglicht. So sind unterschiedliche Installationskonzepte umsetzbar. Durchgängige Plattform Aufgrund seiner Funktionalität ist der Motorumrichter vor allem für Aufgaben der Intralogistik geeignet, z.B. Warehouse & Airport, aber auch für den Maschinenbau allgemein. Die dezentrale Reihe deckt zunächst Leistungen von 0,37 bis 1,5kW ab – zwei weitere Bauformen bis 7,5kW sind in der Entwicklung. Der 8400 motec setzt auf der (Schaltschrank-)Plattform Inverter Drives 8400 auf. Daraus resultieren folgende Vorteile: einheitliche Bedienung und Diagnose per L-force Engineer, durchgängige Nutzung des gleichen Keypads, effizienteres Arbeiten innerhalb miteinander kombinierbarer zentraler und dezentraler Systeme, kompatible Anschlusstechnik. Die kommunikative Integration der Geräte erfolgt mit den Feldbussen AS-Interface, Profibus und CANopen. Diese Protokolle sind häufig in den Verteilzentren von Warenhäusern, Post- oder Kurierdiensten sowie in der Flughafen-Logistik installiert. Mit dem robusten Aufbau trotzt der Umrichter Vibrationen und Kälte – und ist damit auch für den Einsatz in Bereichen mit hohen Minusgraden gerüstet. Diese Eigenschaften bietet Lenze für die gesamte dezentrale Produktpalette, zu der auch der funktional höher skalierte 8400 protec gehört. Aufgrund der kompatiblen Anschlusstechnik können hierbei z.B. dieselben Steckeranschlüsse für Netz, Feldbus und Safety verwendet werden. Die einheitliche Bedienung erfolgt mithilfe des gleichen Keypads, die Inbetriebnahme und Diagnose durch den L-force Engineer. Damit sich Techniker oder Monteure in der Engineering- und Installationsphase nicht lange mit den Komponenten aufhalten, sind Plug&Drive-Konzepte gefragt. Ein Beispiel dafür ist beim 8400 motec die bereits integrierte Ansteuerung von Federkraftbremsen. Generell wurden die werkseitigen Einstellungen so vorgenommen, dass die Umrichter ein Maximum an Leistung bringen können, ohne sich dabei selbst zu überfordern. Die zweifarbige Status-LED auf der Oberfläche des Gerätegehäuses erleichtert auch größeren Entfernungen und in schwierigen Einbaulagen eine erste Diagnose. Im Servicefall lässt sich ein Gerätetausch schnell vornehmen – dazu sind lediglich vier Schrauben zu lösen. Die Verkabelung bleibt erhalten, und die Parametrierung des neuen Umrichters erfolgt durch Umstecken des vorhandenen Memory-Moduls. Schnell in Betrieb nehmen Die zentrale Speichereinheit gehört zum durchgängigen Konzept der L-force-Welt und beinhaltet alle Parameter des Umrichters. Damit ist der Weg frei, die Geräte bereits vor der Inbetriebnahme zu parametrieren. Vor Ort wird dann nur noch das Modul in den Umrichter gesteckt – die Antriebsachse ist betriebsbereit. Weil das Parametrieren der Antriebsregler bei der Inbetriebnahme entfällt und die Daten sich beliebig oft auf Module kopieren lassen, ist vor allem im Serienmaschinengeschäft Einsparungspotenzial gegeben. Hersteller von Materialflusssystemen profitieren von besseren Möglichkeiten, Prozesse in miteinander kombinierbare Maschinenmodule zu gießen. Anwenderlösungen entstehen aus der individuellen Kombination der Module, die sich später in eine bestehende Gesamtanlage integrieren lassen. Dezentrale Antriebstechnik unterstützt diese Modularisierung – heute auch zusätzlich mit integrierter Sicherheitstechnik: beim 8400 motec mit dem sicher abgeschalteten Moment (Safe Torque Off, STO). Effizienz in der Handhabung und Effizienz im Umgang mit Energie ermöglicht der VFCeco-Modus des 8400 motec. Er passt den Magnetisierungsstrom intelligent an den tatsächlichen Lastbedarf an. Gerade im Teillastbetrieb werden Drehstrommotoren immer noch mit einem größeren Magnetisierungsstrom versorgt, als die Betriebsbedingungen es erfordern. Weil der 8400 motec mit dem VFCeco-Modus effizient mit Energie umgeht, lassen sich Einsparungen von bis zu 30% erzielen. Drive Package Mehr Leistung und Dynamik für weniger Geld – ein Widerspruch? Lenze bietet mit der Kombination aus dezentralem Frequenzumrichter 8400 motec, den 120Hz-Motoren der MF-Reihe sowie wirkungsgradstarken L-force-Getrieben ein komplettes Antriebspaket an. Das Drive Package geht sparsam mit Strom um und kostet rund 20% weniger als ein leistungsgleicher Antrieb mit 50Hz-Drehstrommotor. Mit der Auslegung auf 120Hz kann für dieselbe Ausgangsleistung die Motorenbaugröße um bis zu zwei Stufen reduziert werden. Gegenüber herkömmlichen Drehstrommotoren ergibt sich ein deutlicher Performancezuwachs, u.a. durch hohe Energieeffizienz sowie eine servo-ähnliche Kompaktheit und Dynamik. Dieses Plus resultiert im Wesentlichen aus der geringeren Massenträgheit aufgrund der kleineren Achshöhe bei gleicher Leistung. Das im Vergleich zu Normmotoren niedrigere Trägheitsmoment reduziert den Energieverbrauch bei Drehzahländerungen. Deshalb unterbieten die Drehstrommotoren MF die entsprechenden Mindestwirkungsgrade der Effizienzklasse IE2. Investitionsentscheidungen müssen sich heute immer mehr an den Lebenszyk­luskosten und dem Return of Investment (ROI) orientieren. Folglich spielen die im Nutzungszeitraum entstehenden Betriebskosten – im Vergleich zum reinen Anschaffungspreis einer Anlage – eine immer gewichtigere Rolle. An den Kosten über den gesamten Lebenszyklus haben die Anschaffungskosten für die Antriebstechnik in Materialflusssystemen wegen der langen Betriebsdauer nur einen Anteil von 10 bis 15%, während der Stromverbrauch mit rund 40% zu Buche schlägt. Als größter Kostenträger steckt in der Energie daher das größte Potenzial für Einsparungen. Damit sich diese umfassend erschließen lassen, sollten bereits bei der Planung und Dimensionierung neuer Projekte die richtigen Entscheidungen getroffen werden. Um die eingesetzte Energie effizient zu nutzen, muss sich die vom elektrischen Antrieb abgegebene Leistung deshalb am tatsächlichen Bedarf der jeweiligen Anwendung orientieren. Bei der Auslegung sind sowohl der Maximalbedarf als auch die betrieblichen Schwankungen zu berücksichtigen. Obwohl der optimale Wirkungsgrad von Antriebssystemen meist in einem engen Bereich um die Bemessungsleistung liegt, werden viele Antriebe bewusst überdimensioniert, um auf \’der sicheren Seite\‘ zu sein. Das bringt zwei Nachteile mit sich: niedrigere Energieeffizienz aufgrund steigender Verluste durch den Betrieb im Teillastbereich sowie höherer Anschaffungspreis als Folge zu großer Komponenten. Fazit Es ist das Zusammenspiel optimierter Drehstrommotoren, dezentraler Frequenzumrichter und direkt angebauter Winkel- oder Koaxialgetriebe, die für kompakte Antriebssysteme sorgen und sparsam mit Energie umgehen. Deshalb gehört die Zukunft maßgeschneidert ausgelegten Systemen, die ihre Antriebsaufgaben sparsam erfüllen – und dabei ohne großen Aufwand zu integrieren sind. Je nach Anwendung kommt dann die wirklich passende Hardware zum Einsatz, die wiederum Teil einer kompletten Antriebswelt ist.