Ganz vorne anfangen!

Exklusiv in kem Autoren: Olaf Götz, Produktmanager Engineering Tools, und Thorben Steinmann, Produktmanager Elektromechanik, Lenze SE, Hameln

Daran anknüpfend, gilt es aus dem Blickwinkel der Antriebs- und Automatisierungstechnik heraus, in Zukunft noch mehr Gesamtzusammenhänge zu optimieren. Auch Lenze investiert zielgerichtet in die Entwicklung effizienter und leicht einsetzbarer Paketlösungen. Diese sind wiederum das Ergebnis einer präzisen Analyse von Maschinenprozessen hinsichtlich ihrer wirklich notwendigen Leistung gemeinsam mit dem jeweiligen Maschinenbauer.

Grundlegend für den intelligenten und sparsamen Einsatz von Energie ist das Wissen über den konstanten oder wechselnden Bedarf der jeweiligen Prozesse. Für Antriebskomponenten gilt: Sie arbeiten im Teillastbereich mit vergleichsweise schlechtem Wirkungsgrad und erzeugen folglich im Verhältnis zum mechanischen Prozess hohe Verluste. Je genauer die Maschinenanforderungen und der lastabhängige Leistungsbedarf bekannt sind, desto besser sind die Antriebskomponenten auswählbar. Leistungsstarke Engineering- und Konfigurationswerkzeuge helfen dabei, bereits beim Beginn von Konstruktion und Entwicklung die Weichen richtig zu stellen.

Aus gutem Grund hat Lenze mit dem Drive Solution Designer (DSD) frühzeitig einen Meilenstein bei den Engineering-Werkzeugen gesetzt. Das Software-Tool ermöglicht nicht nur die exakte Bestimmung der Prozessgrößen und die Prüfung der Komponenten, sondern auch deren optimale Abstimmung untereinander. Zudem liefert der DSD Daten, wo und wann mit welcher Maßnahme effizient gespart werden kann. Verdeutlicht wird das vom „Energiepass-Antriebslösung“. Er stellt den durch differenzierte Verlustmodelle berechneten Energieverbrauch der Hauptkomponenten des Antriebsstrangs für jeden verständlich dar.

Mit diesen Werten sind dann die Energiekosten sowie die CO2- Emissionen ermittelbar. Durch den Vergleich unterschiedlicher Lösungen kann der Anwender so die optimale Kombination der Komponenten und den besten Bewegungsablauf für die Antriebsaufgabe finden. Schließlich sind es optimierte Bewegungsprofile, intelligente Komponentenwahl und ausgeklügelte Energieverteilungskonzepte, die den Energiebedarf senken können – um gleichzeitig die Betriebskosten zu reduzieren.

Generell gilt, dass es mit Umrichtern möglich ist, die abgegebene Leistung exakt an den tatsächlichen Bedarf einer Applikation anzupassen. Um die Vorteile dieses Frequenzumrichterbetriebs voll auszuschöpfen, hat Lenze die L-force Drehstrommotoren der MF-Reihe auf 120 Hz ausgelegt. Der Effekt: Höhere Frequenz gleich mehr Drehzahl gleich mehr Leistung. Nicht zuletzt weil auch der Wirkungsgrad eines klassischen vierpoligen Drehstrommotors bei etwa 120 Hz am höchsten ist, hat der Spezialist für Antriebs- und Automatisierungstechnik den Nennpunkt der umrichteroptimierten Variante genau hier gelegt. Und es gibt noch weitere Vorteile: Je höher die Frequenz, desto größer der Drehzahlstellbereich. Und die höhere Drehzahl steigert ihrerseits noch die Leistungsausbeute. Dass diese Steigerung mechanisch gut zu beherrschen ist, lässt sich daraus ableiten, dass ein zweipoliger Motor an einem 60-Hz-Netz in etwa die gleiche Drehzahl liefert wie ein vierpoliger Motor bei 120 Hz.

Gegenüber herkömmlichen Drehstrommotoren ergibt sich bei Lenzes MF-Motoren ein deutlicher Performancezuwachs, unter anderem durch hohe Energieeffizienz sowie eine servo-ähnliche Kompaktheit und Dynamik. Die umrichteroptimierten Motoren der Lenze-Reihe MF im Leistungsbereich von 0,55 bis 22 kW können aufgrund der gestiegenen Drehzahl um bis zu zwei Baugrößen kleiner ausfallen als ein herkömmlicher Drehstrommotor gleicher Leistung. So weisen sie beispielsweise in der Baugröße 71 eine Nennleistung von 1,5 kW auf. Zum Vergleich: Ein herkömmlicher Drehstrommotor muss für dieselbe Leistung in der Baugröße 90 gewählt werden.

Die mehr als doppelt so hohe Nenndrehzahl macht entsprechend höhere Getriebeübersetzungen erforderlich, um eine Applikation mit der gleichen Drehzahl wie bislang betreiben zu können. Die L-force Getriebe von Lenze bieten hier den Vorteil, dass diese Kompensation oftmals ohne zusätzliche Getriebestufe realisierbar ist. Das Übersetzungsverhältnis von bis zu 1:60 in einer zweistufigen Ausführung ist nur möglich, weil das Getriebeeingangsritzel per Kegelpressverband – eine Spezialität von Lenze – kraftschlüssig in die Motorausgangswelle gepresst ist und insofern deutlich kleiner ausfallen kann als ein auf der Welle platziertes Zahnrad.

Das hier skizzierte Zusammenspiel von Frequenzumrichter, Motor und Getriebe zeigt exemplarisch, wie wichtig ein in sich vollständiges und abgestuftes Portfolio von miteinander kombinierbaren Einzelprodukten ist. Einerseits lässt sich aus einem schlüssigen System heraus die Ressourceneffizienz umfassend verbessern und andererseits stärken Lieferanten von Antriebs- und Automatisierungstechnik auch noch ihre Rolle als Lösungs- und Entwicklungspartner gegenüber dem Maschinenbau.

Optimierungen dieser Art bergen unter Effizienzgesichtspunkten in der Tat große Einsparpotenziale. Unter der Überschrift „Energie intelligent einsetzen“ ist dies deshalb die erste und wichtigste der drei Säulen der Lenze BlueGreen Solutions.

Halle 14, Stand H 20

Lenze, Tel.: 05154 82-2522, E-Mail: julia-maria.scholz@lenze.com