2. Asynchronmotoren

Oft werden Asynchronmotoren speziell für Förderantriebe noch direkt ans Netz angeschlossen. Dies ist jedoch nur sinnvoll, wenn die Antriebe dauerhaft im optimalen Leistungsbereich betrieben werden. Sobald der Betrieb unter wechselnden Lastbedingungen oder im schlimmsten Fall dauerhaft im Teillastbereich stattfindet, fällt Blindleistung an, die zunächst energieintensiv erzeugt werden und abhängig von den Richtlinien des Energieerzeugers kostenintensiv kompensiert werden muss.

Durch den Einsatz von Frequenzumrichtern wird der Antrieb selbst unter wechselnden Lastbedingungen durch Vektorregelung immer effizient betrieben. Durch den Einsatz von B&R ACOPOS FU Umrichtertechnologie können abhängig vom Lastfall 30 - 40 Prozent der eingesetzten Energie eingespart werden.

3. Servoantriebe:

Selbst bei den vom Energieeinsatz her optimalen Servoantrieben können immer noch erhebliche Energieeinsparungen erzielt werden. Bei Applikationen, die ein schnelles und häufiges Abbremsen von großen Lasten erfordern (wie der Spindelantrieb einer Werkzeugmaschine oder der Plastifizierantrieb einer Tiefziehmaschine), kann die vom Motor im Generatorbetrieb erzeugte Energie durch aktive Netzrückspeisung direkt ins Stromnetz zurückgespeist werden, anstatt durch einen Bremswiderstand in Wärme vernichtet zu werden.

Durch den Einsatz von aktiven Leistungsteilen im ACOPOSmulti können, abhängig vom Anwendungsfall, bis zu 80 Prozent der eingesetzten Energie eingespart werden. Darüber hinaus gibt es ein erhebliches Energieeinsparpotential, das im Allgemeinen zwischen 10 und 20 Prozent liegt. Durch die optimale Auslegung des Antriebs können Verluste durch überhöhte Reibung, überdimensionierte Leistungsendstufen und zu hoch bemessene Massenträgheitsmomente vermieden werden.

Cold-Plate-Kühlungsvariante

Selbst durch eine geeignete Auswahl des Kühlkonzepts für Servo-Controller lässt sich mit 10 bis 30 Prozent der eingesetzten Antriebsenergie noch erheblich Energie sparen. Während konventionelle Kühlkonzepte durch Zwangsbelüftung eines Kühlkörpers im Schaltschrank, die Entwärmung des Schaltschranks in die Fabrikumgebung und die Kühlung der Fertigungshalle mittels Klimaanlage eine fatale und energieintensive Wirkungsgradverkettung zur Folge haben, kann durch die Cold-Plate-Kühlungsvariante des ACOPOSmulti Energie durch Flüssigkeit aufgenommen und zielgerichtet wieder verwendet werden. Als Nebeneffekt bleibt der Schaltschrank kühl und die im Schaltschrank installierten Automatisierungskomponenten zeichnen sich durch eine längere Lebensdauer aus.

Weitere Ressourcen können durch den Einsatz von Antriebsverstärkern mit Leistungsfaktor 1 eingespart werden. Der optimale Leistungsfaktor von 1 führt bei Einsatz der ACOPOSmulti-Technologie zu einer Reduzierung des einzusetzenden Kupferquerschnitts und der Leistungsverteilungskomponenten um bis zu 60 Prozent.

Ungeachtet dessen, dass nahezu 60 Prozent des Energieverbrauchs auf das Konto der Antriebssysteme gehen, ist eine spürbare Verbesserung der Energieeffizienz nicht allein durch bzw. nur durch einen »ganzheitlichen Ansatz« (inkl. Steuerungs- und Managementebene) lösbar? Hängt dieser nicht von mehreren Faktoren ab?

Ganzheitlich gesehen ist die Steigerung der Energieeffizienz von Antrieben nur ein Ansatz neben mehreren zur Einsparung von Ressourcen. Die flexiblere Gestaltung von Maschinen z.B. durch Formatverstellung und Rezeptmanagement sorgt dafür, dass Maschinen vielfältiger eingesetzt und damit besser ausgelastet werden. Darüber hinaus ist auf Managementebene das Vorhandensein von transparenten Informationen zur Entscheidungsfindung von enormer Wichtigkeit.

OMAC-Standards wie PackML und PackTags sorgen in der Nahrungs- und Getränkeindustrie für eine effiziente Anbindung der Maschinen- an die Managementebene. Darüber hinaus sind intelligente Mechanismen innerhalb der Maschine, bei der oft Sensoren und Bilderkennung zum Einsatz kommen, für die Vermeidung von Abfall beim Einfahren und während des Betriebs der Anlage notwendig. B&R bietet von der Möglichkeit des integrierten Rezepthandlings über die intelligente Einbindung von Sensoren und Bildverarbeitungssystem in die Steuerungsebene bis hin zur vollständigen Integration von OMAC-Standards durch Projektierungsvorlagen Möglichkeiten für die Einsparung von Ressourcen und Energie in der Produktion.

Energieeffizienz bei der Entwicklung neuer Antriebssysteme

Wie geht B&R im Speziellen mit der Thematik »Energieeffizienz« bei der Entwicklung neuer Antriebssysteme um? Welchen Stellenwert nimmt die Energieausbeute während der Entwicklungsphase ein?

Bereits im Zuge der Entwicklung neuer Produkte werden höchste Anforderungen an Energieeffizienz gestellt. B&R treibt Technologien mit hoher Energieeffizienz wie Netzrückspeisung, Leistungsfaktor gleich 1 und intelligente Kühlkonzepte bei Servo-Controllern voran. B&R-Systeme sind für eine einfache Anbindung an Betriebsdatenerfassungs- und Produktionsplanungssysteme ausgelegt. Intelligente Konzepte zur optimalen Energieausbeute können auf einfach Weise realisiert werden.

B&R entwickelt und fertigt elektrische wie auch hydraulische Antriebssysteme. Welches dieser beiden Antriebskonzepte birgt mehr Potenzial bzw. bei welchem ist am ehesten mit einem »Quantensprung« bei der Energieausbeute in naher Zukunft zu rechnen?

Im Allgemeinen ist die elektrische Antriebstechnik der hydraulischen Antriebstechnik in Bezug auf Energieeffizienz weit überlegen. Angesichts dieser Überlegung wäre die größte Energieeinsparung durch konsequenten Einsatz umrichter-/servo-gesteuerter Antriebstechnik zu erzielen.

Leider wird dieser Umstieg aufgrund von einer starken Fixierung der Endkunden auf den Einkaufspreis der Maschine und weniger auf die gesamten Lebenszykluskosten der Maschine für den Maschinenbauer nicht immer leicht gemacht. Hier muss ein Umdenken stattfinden. Oft sprechen auch Platzgründe gegen den strikten Einsatz elektrischer Antriebstechnologie, da ein Ölmotor immer kleiner ist als ein Elektroantrieb. Selbst wenn weiterhin hydraulische Antriebstechnik eingesetzt werden muss, kann wertvolle Energie durch den Einsatz von Fixpumpen auf Servoantriebsbasis mit kurzen Amortisationszeiten von unter sechs Monaten eingespart werden.

Auch im elektrischen Bereich können mittels optimierter Auslegung durch Einsatz von modernsten Netzrückspeisungs- und Kühlungstechnologien, optimiertem Leistungsfaktor des Servoverstärkers und Nutzung von DC-Buskopplung erhebliche Ressourcen eingespart werden.

Kommt nach der »Green-IT«- nun die »Green-Motion«-Welle?

Während die »Green-IT«-Welle hauptsächlich den Endverbraucher betrifft und zu Stromeinsparungen im Privathaushalt führt, zielt die »Green-Motion«-Welle auf Industriekunden wie Maschinenbauer und Konsumgüterhersteller. Hier spielt der Energieverbrauch oft neben Personalkosten und Einsatz von Ressourcen eine untergeordnete Rolle.

Nachdem die Energiekosten drastisch von ihrem Allzeithoch im letzten Jahr eingebrochen sind, hat sich die Amortisationszeit von energieeinsparenden Maßnahmen in gleichem Maße verschlechtert. Während im Privatbereich Amortisationszeiten von bis zu zehn Jahren für energieeinsparende Maßnahmen wie verbesserte Isolierung von Wohnungen oder Installation von erneuerbaren Energien akzeptiert werden, liegen Ziele für Amortisierung von Investitionen in der Industrie durch das weit höhere Risiko weit darunter.

Gleichwohl kann aber davon ausgegangen werden, dass Energiepreise bei Anziehen der Konjunktur wieder ansteigen werden, und dass Energiegesichtspunkte in der Industrie wieder zunehmend an Stellenwert gewinnen.

Ein anderer Trend bei Antrieben ist die fortlaufende Miniaturisierung. Wo liegen in ihren Augen aus mechanischer und technologischer Sicht heutzutage die »Grenzen des Machbaren«?

Technisch können heute mittels modernster Technologien bereits Antriebe hergestellt werden, die an der Grenze des sichtbaren Bereichs liegen. Die Frage ist eine andere: »Wo liegen die Grenzen des Finanzierbaren?«. Jedem Einsatz eines Antriebs in einer Maschine oder Anlage steht ein konkreter Nutzen beim Anwender gegenüber.

Solange der Anwender durch Einsatz des Antriebs Kosten einsparen und Geld verdienen kann, wird dieser Antrieb auch eingesetzt werden. Neben der rein mechanischen Sicht ist auch die elektrische und wärmetechnische Betrachtung wichtig, denn elektrische Antriebe erzeugen immer auch Wärme, die abgeführt werden muss. 

Das Interview führte Björn Graunitz, elektroniknet.de