(Vor)antreibende Lösung

Markt

Antriebe -Viele Staaten planen Vorgaben, die Effizienz der Energienutzung jährlich um etwa drei Prozent zu erhöhen. Der Antriebstechnikhersteller Dunkermotoren hat sich diesem Ziel bereits heute verschrieben.

25. Mai 2009

Mit den elektronisch kommutierten DC-Motoren der aktuellen Baureihe BG75 des Bondorfer Unternehmens lassen sich erhebliche Steigerungen der Energieeffizienz verwirklichen. Dies erreicht Dunkermotoren mit neuartigen Konstruktionskonzepten sowie hochwertigen Neodym-Magneten mit hoher Flußdichte. Vor allem die Sinuskommutierung und die Vektorregelung tragen zum niedrigeren Stromverbrauch und damit zu einem höheren Wirkungsgrad bei. Durch diese Technologie erhält der elektronisch kommutierte DC-Motor in jedem Betriebszustand die exakt zum Drehwinkel der Motorwelle erforderliche Bestromung.

Durch Messungen bestätigte Berechnungen zeigen, dass die bürstenlosen Gleichstrommotoren der Baureihe BG75, je nach Variante und Betriebsart, Wirkungsgrade bis zu 90 Prozent erreichen. Damit liegen sie bis zu 15 Prozent über den Wirkungsgraden anderer DC-Motoren vergleichbarer Antriebsleistungen, Drehmomente und Drehzahlen, wie beispielsweise dem BG83 von Dunkermotoren.

Ein Austausch lohnt sich

So benötigt beispielsweise ein Motor BG75 x 50 bei gleicher Ausgangsleistung etwa 50 Watt weniger Eingangsleistung. Gerechnet auf eine jährliche Betriebsdauer von 2.000 Stunden ergibt sich daraus eine Reduzierung der benötigten Strommenge von 100 Kilowattstunden pro Jahr. Bezogen auf eine Lebensdauer des Motors von zehn Jahren respektive 20.000 Stunden, ergibt das Einsparungen von 1.000 Kilowattstunden elektrischer Energie.

Daraus lässt sich angenähert die erreichbare Reduktion des Kohlendioxid-Ausstoßes bei der Erzeugung der Energie ermitteln. Ein durchschnittliches Kohlekraftwerk verursacht etwa 0,8 Kilogramm CO2 pro erzeugter Kilowattstunde Strom. Wegen der Verluste aus Übertragung und Umformung erreichen den Verbraucher davon lediglich etwa 90 Prozent. Der Ersatz bisheriger DC-Motoren mit den aktuellen, energieeffizienteren DC-Motoren schafft also pro Motor und Jahr eine Reduktion der Kohlendioxid-Emission im Kraftwerk um nahezu 900 Kilogramm Kohlendioxid. Bezogen auf eine Montage- oder Verpackungslinie, in der bis zu 30 DC-Antriebe installiert sind, ergibt sich daraus eine jährliche Reduktion des Kohlendioxid-Ausstoßes von etwa 27 Tonnen. Gemessen an der kleinen Veränderung beim Verursacher eine beachtliche Menge.

Integrierte Elektronik

In unterschiedlichen Ausbaustufen sind Ausführungen für die jeweiligen Forderungen an dezentrale Antriebe verfügbar. Allen gemein ist, dass sie den Aufwand für Verdrahtung und Installation in Verbindung mit übergeordneten Steuerungen (SPS) erheblich verringern. In der Ausführung mit integriertem Speed-Controller (SI) ermöglicht der Vier-Quadranten-Regler im Beschleunigungs- und Bremsbetrieb eine optimale Nutzung der Energie. Vor allem Anwendungen mit reversierenden Bewegungen, zum Beispiel oszillierende Transportbänder oder Schieber in Verpackungsmaschinen, können damit energieeffizient betrieben werden.

Bei schwierigen Bewegungscharakteristiken trägt die Ausführung mit integrierter Elektronik PI (Parametrier-Software Integrated) dazu bei, optimale und möglichst energieeffiziente Fahrwege schnell und einfach zu finden. Mithilfe einer Software-Bedieneroberfläche (Drive Assistant) kann der Anwender zwischen den Betriebsmodi Positionieren, Drehzahl und Drehmoment auswählen. Durch das Setzen einzelner Parameter kann er unterschiedliche Fahr- und Geschwindigkeitsprofile festlegen. Diese werden über eine Parametrier-Schnittstelle zum Motor übertragen und dort gespeichert. In der Anwendung werden die gespeicherten Profile über analoge oder digitale Eingänge vom Maschinen-Interface (zum Beispiel von einer übergeordneten SPS) gesteuert. Ein Beispiel für die praxisgerechte Anwendung ist der Antrieb von Lineareinheiten oder Teleskopen, die bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten mehrere fest vorgegebene Positionen anfahren sollen.

Vor allem den Aufwand für kostenintensive (Kupfer-)Verkabelung spart man mit der Variante mit integrierter CANopen-Schnittstelle CI (CANopen Interface) nach Geräteprofil DSP402. Der entscheidende Vorteil dieser Geräte im Betrieb ist, dass sich die Parameter eines Bewegungsprofils, wie Positionen, Geschwindigkeiten und Beschleunigungen »in fly«, also während des Betriebs, ändern lassen. Das erhöht wesentlich die Flexibilität beim Automatisieren von Maschinen und Automatisierungseinrichtungen.

Erhebliche Einsparungen bei der Installation und der Verdrahtung bietet die Ausführung MPU (Motion Process Unit), die die SPS-Funktionen komplett übernehmen kann. Der integrierte 16-Bit-Prozessor bietet genügend Speicherplatz für bis zu 1.600 Befehlssätze zum Steuern komplexer Bewegungsabläufe. Diese werden über einen digitalen Eingang initiiert. Auf eine übergeordnete SPS sowie den damit verbundenen Aufwand für Schaltschrank, Peripheriegeräte, Verdrahtung und Installation kann verzichtet werden.

Neben dem Stand-alone-Betrieb lassen sich mit den DC-Motoren auch komplette eigenständige Antriebsnetzwerke verwirklichen. Kommuniziert wird im Netzwerk wahlweise über den CANopen-Bus oder über digitale Ein- und Ausgänge. Über Parameter kann man das Antriebssystem an unterschiedliche Anwendungen optimal anpassen. Mit einigen besonders ausgeklügelten Funktionen lassen sich die Bewegungszyklen umfassend optimieren und so im Betrieb Energie sparen. Dazu gehören beispielsweise s2-Rampen zum optimierten Beschleunigen und Bremsen. Zum exakten Positionieren dient die integrierte Absolutgeber-Funktion. Über einen Teiler lassen sich bis zu 4.096 Impulse pro Motorumdrehung ausgeben.

Auch elektrisch sicher

Eine besonders hohe elektrische Sicherheit im Netzwerk gewährleistet die galvanische Trennung der CANopen-Schnittstelle. Oft erreicht man mit diesen Stand-alone-Netzwerken eine wesentlich höhere Produktivität und erhebliche Taktzeitverkürzungen. Die netzinterne Kommunikation läuft wesentlich schneller ab als die Datenkommunikation über eine übergeordnete Steuerung. Selbst Echtzeit-Systeme über standardisierte Bus-Netzwerke können kaum eine vergleichbare Performance bieten.

Systemanbieter mit Mehrwert

Dunkermotoren in Bonndorf im Schwarzwald ist Hersteller von Antriebskomplettlösungen für Anwendungen in der industriellen Automation im Leistungsbereich von 1 bis 500 Watt. Der Systemanbieter entwickelt und vertreibt Gleichstrom-, Wechselstrom- und Drehstrommotoren, Planeten- und Schneckengetriebe sowie Bremsen, Regelelektronik und Servokomponenten. Seit 2006 ist der Antriebstechnikspezialist Teil der Alcatel-Lucent AG mit Sitz in Stuttgart.

Erschienen in Ausgabe: 03/2009