In vielen Unternehmen kommen Transportanlagen zum Einsatz. Mitentscheidend für deren Effizienz ist das eingesetzte Antriebssystem. (Bild: alekseyvanin – stock.adobe.com)
Entscheider-Facts
- Die Wahl des Antriebssystems ist entscheidend für die Energieeffizienz einer jeden Transportanlage.
- Bei Hohlwellengetrieben entfallen Übertragungselemente wie Ketten und Riemen, was nicht nur die Kraftübertragung verbessert, sondern auch die Wartung vereinfacht.
- Grundsätzlich gilt, dass der Gesamtwirkungsgrad das Produkt aller Einzelwirkungsgrade ist – es müssen also alle Komponenten korrekt dimensioniert werden.
Eine entscheidende Kenngröße für die Energieeffizienz einer Transportanlage ist der Gesamtwirkungsgrad des Systems. Die Antriebstechnik – einschließlich der intelligenten Prozesssteuerung – nimmt hierbei einen hohen Stellenwert ein. Durch flexible Anpassung der Drehzahlen in einem großen Stellbereich ist es möglich, in einer Anlage schnell und vor allem produktschonend auf Änderungen des Durchsatzes, des Transportguts oder Gebindeformats zu reagieren. Mögliche Stillstände und darauffolgende Anlaufsituationen lassen sich so vermeiden. Einheitliche Steuer- und Antriebskonzepte ermöglichen zudem eine nachhaltige Reduzierung der laufenden Betriebskosten bei relativ kurzfristiger Amortisierung der Investitionen.
Die Antriebsauswahl hat auch eine wichtige Bedeutung in Bezug auf die Applikation: Durch den Einsatz von Hohlwellengetrieben wird der Antrieb direkt auf die Transporteurwelle aufgesteckt. Hierdurch lassen sich verlustbehaftete und wartungsintensive Übertragungselemente wie Ketten, Riemen usw. vermeiden. Darüber hinaus werden die mechanischen Konstruktionen ebenso kontinuierlich optimiert, um die Verluste bei der Umwandlung der Rotationsenergie der Antriebe in eine Linearbewegung zu minimieren. Jedes mechanische Übertragungselement beeinflusst die Leistungsaufnahme und muss zur Optimierung in Betracht gezogen werden. So wird durch den Einsatz neuer Kettenmaterialen und Schmiertechnologien der Reibwert sowohl im Dauerbetrieb als auch im Anlauf reduziert. Allerdings liegen diese Einsparpotenziale meist im einstelligen Prozentbereich. Durch den Einsatz hocheffizienter Antriebssysteme sind deutlich höhere Einsparungen möglich.
Ausgeprägte Überlastfähigkeit
Im realen Betrieb kommt es prozessbedingt zu Situationen, in denen ein Motor beim Anlauf eine hohe Massenträgheit kombiniert mit der Haftreibung im System überwinden muss, beispielsweise wenn in der Getränkeindustrie ein Transportband oder ein Puffertisch komplett mit Flaschen gefüllt ist und dann wieder anlaufen soll. Ein Permanentmagnetmotor kann auch in diesen Sondersituationen problemlos anlaufen, weil er im Vergleich zum Asynchronmotor eine deutlich höhere Überlastfähigkeit aufweist.
Wird dies bei der Antriebsauswahl berücksichtigt, kann der Antrieb im Dauerbetrieb, wo ausschließlich die Gleitreibung als Widerstand zu überwinden ist, nahe dem Bemessungsmoment – also bei optimalem Wirkungsgrad – betrieben werden. Der Permanentmagnetmotor hat den entscheidenden Vorteil, dass er ein konstantes Moment über seinen gesamten Stellbereich erzeugt. Weil die Lastdrehmomente in der Regel nicht von der Geschwindigkeit abhängen, lässt sich der Antrieb ohne spezielle Projektierung flexibel und effizient in der Anlage betreiben.
Hoher Systemwirkungsgrad
Der Gesamtwirkungsgrad einer Anlage ist das Produkt der jeweiligen Einzelwirkungsgrade seiner Komponenten Umrichter, Motor, Getriebe und Kabel. Sie müssen jeweils auf den realen Bedarf dimensioniert werden. Die Optimierung der mechanischen Übertragung oder des Motorwirkungsgrades allein genügt nicht. Deutliche Energieeinsparungen können nur durch aufeinander abgestimmte Komponenten – Mechanik, Elektronik und Ansteuerung – erzielt werden. Auch der benötigte Schaltschrankplatz wird aufgrund der mechatronischen Antriebseinheiten mit integrierten Umrichtern auf ein Minimum reduziert. Insbesondere bei der Planung von Neuanlagen lässt sich dieser Raum optimal für eine effiziente Anlagengestaltung nutzen.
Gesamtlösung mit kompaktem Design
Auf dieser Basis hat SEW Movigear performance entwickelt. Die Lösung vereinigt Synchronmotor, Getriebe und Frequenzumrichter als mechatronische Einheit in einem Gehäuse. Alle Komponenten wurden für das gemeinsame Zusammenwirken optimiert – bis zur Wicklung des Motors, der Ausführung des Getriebes und der Eigenschaften des Umrichters. Die hohe Integration dieser Komponenten ermöglicht im Vergleich zu klassischen, dezentralen Antriebssystemen ein deutlich kompakteres Design der mechatronischen Gesamtlösung und einen hohen Systemwirkungsgrad. Durch Ausnutzung der jeweiligen Komponenteneigenschaften lässt sich in realen Anlagen zudem die Zahl der eingesetzten Varianten reduzieren.
Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz in der Industrie
Nachhaltige energetische Vorteile
Durch Erfüllung von IE5 gemäß IEC TS 60034-30-2, der höchsten definierten Energieeffizienzklasse für Motoren, sowie der maximalen Systemeffizienz gemäß IEC 61800-9-2 übertrifft Movigear performance bisherige marktübliche Lösungen. Durch den Einsatz dieser Antriebe lassen sich regelmäßig Energieeinsparungen bis 50 % und mehr erzielen. Hierdurch lassen sich Betriebskosten nachhaltig senken.
Fließen diese Erkenntnisse schon in die Anlagenplanung mit ein, lassen sich oftmals auch der Einspeisestrom, sogar die installierte Einspeiseleistung ganzer Transportlinien verringern. Gleichzeitig kann man durch die Entscheidung für die Produktfamilie Movigear bisherige, große Ersatzteilbestände und die damit verbundenen Kosten reduzieren. Ein weiterer Vorteil der geräuscharmen, mechatronischen Antriebssysteme ist die geringere Lärmbeeinträchtigung an den Arbeitsplätzen.
Installations- und Kommunikationsnetzwerk
Aufgrund der integrierten digitalen Schnittstelle findet die Übertragung des elektronischen Typenschilds und diverser Sensorsignale vom Motor zum Umrichter ohne zusätzliche Installationsaufwände statt. Die digitale Motorintegration ermöglicht es, den Antrieb mit nur einem einzigen Kabel mit dem Umrichter zu verbinden. Durch ein standardisiertes Hybridkabel wird die Leistungsversorgung sowie Datenverbindung zwischen Umrichter und Antrieb hergestellt.
Informationen des elektronischen Typenschildes und Diagnosedaten, wie die Temperatursensor- und Motorgebersignale des Antriebs, können dadurch direkt an den Umrichter übermittelt werden und ermöglichen somit eine einfache und schnelle Inbetriebnahme. Die Kommunikation zur Steuerung erfolgt über Feldbusschnittstellen wie Profinet IO, Ethernet/IP und Modbus TCP sowie integrierte digitale Ein- und Ausgänge, wodurch sich das Antriebssystem auch für dynamische Förderapplikationen eignet.
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