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68er-Revolution

Frequenzumrichter starteten ihren Siegeszug vor 40 Jahren
68er-Revolution

1968 brachte Danfoss die ersten in Serie gefertigten Frequenzumrichter auf den Markt. Mit der rasanten Entwicklung hat diese Technologie Industrie und Gewerbe erobert und ist heute fester Bestandteil in vielen Antriebs- und Automatisierungskonzepten. dei unterhielt sich mit Ingolf Bauer, Verkaufsdirektor Zentraleuropa, Danfoss VLT Antriebstechnik, über Vergangenheit und Zukunft der elektrischen Antriebstechnik.

dei: Herr Bauer, Danfoss hat mit seinen Frequenzumrichtern einen wesentlichen Anteil an der Entwicklung der elektrischen Antriebstechnik. Wie hat das alles begonnen?

Bauer: Seit seiner Erfindung 1889 ist das Hauptproblem des Asynchronmotors seine Regelbarkeit. Durch den festen Zusammenhang zwischen Drehzahl und Netzfrequenz ist die Drehzahl fest vorgegeben. Anlässlich einer Tagung 1966 stellten sich Danfoss-Ingenieure dieser Aufgabenstellung und suchten eine serienreife Lösung dafür. Zu diesem Zeitpunkt gab es nur spezielle Anpassungen, die eine Drehzahllösung erlaubten. Dann gelang 1968 der Durchbruch mit dem in Serie gefertigten Frequenzumrichter. Auch wenn es damals nur 14 Geräte im ersten Jahr waren, war dies der Startschuss. Allerdings dauerte es noch ein paar Jahre bis zum Durchbruch der Technologie für den Massenmarkt, bis die Geräte kleiner und wirtschaftlich interessanter wurden.
dei: Sie sprachen davon, dass der Durchbruch etwas Zeit brauchte. Welche Faktoren waren für den letztendlichen Erfolg ausschlaggebend?
Bauer: Ausgehend von den ersten ölgekühlten Geräten 1968, war einer der wichtigsten Schritte die Luftkühlung, die für wesentlich kleinere Geräte sorgte. Danach folgte in der nächsten Entwicklungsstufe die Einführung digitaler Geräte Ende der 80er Jahre. Auch hier war Danfoss führend. Erste branchenspezifische Frequenz-umrichter kamen in den frühen 90ern auf den Markt, zum Beispiel für HVAC oder Wasser/Abwasser-Anwendungen. Gleichzeitig sorgte die Einführung der Bustechnologien für eine zunehmende Verbreitung im Markt. Inzwischen sind die Antriebe modular aufgebaut und vereinen immer mehr Funktionen und mehr Intelligenz. Dies erschließt neue Aufgaben- und Einsatzbereiche. Gleichzeitig sorgt die Energiedebatte für ein verstärktes Interesse an den Geräten.
dei: Wo liegt die besondere Bedeutung der Frequenzumrichtertechnologie für die Entwicklung der Antriebstechnik?
Bauer: Frequenzumrichter haben einen großen Einfluss auf die moderne Antriebstechnik. Nicht zuletzt waren sie es, die die kostengünstigen, robusten und wartungsarmen Drehstromasynchronmaschinen zum Standardmotor in vielen Anwendungen machten. Und die elektronische Drehzahlsteuerung ermöglichte an vielen Stellen überhaupt erst eine Prozessoptimierung, die Steigerung der Produktqualität und eine bessere Auslastung der Produktionslinien. Zudem half die Miniaturisierung in der Elektronik dabei, kompaktere Anlagen zu bauen, die dem Anwender durch die integrierte Intelligenz hohe Flexibilität bei Prozessauswahl und -gestaltung bringen und eine Vielzahl neuer Funktionen im Sicherheits- und Steuerungsbereich bereitstellen. Im Augenblick zählen moderne Frequenzumrichter zu den effektivsten Mitteln, um für die in der Diskussion um Klimawandel und Erderwärmung geforderte Energieeinsparung zu sorgen. Nur effiziente Gesamtsysteme werden den Bedarf an Energie schnell und wirksam senken.
dei: Wo sehen Sie die Entwicklungstrends für zukünftige Fortschritte bei den Antriebssystemen?
Bauer: Danfoss sieht bei der weiteren Entwicklung vor allem vier große Bereiche, die für Innovationen sorgen werden. Zum einen ist es die Diskussion um effiziente Energienutzung und damit der verstärkte Einsatz von Frequenzumrichtern in Industrie, Gewerbe und Gebäudetechnik. Dies führt zu einer stärkeren Beachtung der Lebenszykluskosten des Gesamtsystems, vor allem aufgrund der weiter steigenden Energiepreise, sowie des Wirkungsgrads der eingesetzten Antriebslösung. Daneben bringt der verstärkte Einsatz dieser Geräte aber auch eine Gefahr mit sich: Die Rückwirkungen in Form von Oberwellenbelastungen des Versorgungsnetzes gefährden die Netze. In diesem Bereich sind alle Hersteller gefordert, entsprechende Gegenmaßnahmen bereitzustellen. Danfoss ist dort sicher einer der Wegbereiter, da wir dieses Thema schon seit Jahren beim Kunden immer wieder diskutieren. Im Bereich der Funktionalität sehen wir in den nächsten Jahren eine weitere Integration von Steuerungsaufgaben und Sicherheitsfunktionen in einen intelligenteren Antrieb. So ist der „Sichere Stopp“ nur der Anfang einer Diskussion über sichere Frequenzumrichter. Der Markt öffnet sich langsam und beginnt weitere Lösungen zu fordern. Für die Betreiber wird in Zukunft noch ein anderes Feld von Interesse sein, der zunehmende Einsatz von Direktantrieben wie permanent erregte Synchronmotore oder auch Torque-Drive-Motore. Hier sind dann Konzepte gefragt, die den Standard-Asynchronmotor genauso ansteuern und regeln können, wie diese Motortypen. Denn nur so lässt sich Schulungsaufwand, Wartungs-Know-how und Ersatzteilhaltung mit überschaubarem, wirtschaftlich sinnvollen Aufwand umsetzen.
dei: Worauf sollten Anwender Ihrer Meinung nach bei der Auswahl einer Umrichterplattform achten? Welches sind die wesentlichen Faktoren?
Bauer: Anwender sollten auf jeden Fall nicht nur nach den Anschaffungskosten entscheiden, sondern die gesamten Lebenszykluskosten betrachten. Denn die Anschaffungskosten schlagen in dieser Betrachtung nur mit rund zehn Prozent zu Buche, der größten Teil der Kosten entsteht bei Betrieb und Wartung, einschließlich der Energiekosten. Um diese zu minimieren muss aber das Gesamtsystem optimiert werden. Denn zehn Prozent Einsparung lässt sich durch Motoren erzielen, 30 % schon mit einer effektiven Drehzahlregelung, aber das Gros von 60 % erreicht er nur durch eine Optimierung des Systems. Ein weiterer wichtiger Gesichtspunkt bei der Auswahl des geeigneten Frequenzumrichters ist die Frage des EMV-Verhaltens. Hier hat es sich bewährt, schon bei der Anschaffung auf die Einhaltung der Grenzwerte und die integrierten Gegenmaßnahmen wie Netzdrosseln, ausreichend dimensionierte Zwischenkreise und EMV-Filter zu achten. Nachträgliche Maßnahmen kommen den Anwender immer um ein Vielfaches teurer, da sie zusätzlichen Platz im Schaltschrank oder der Anlage benötigen, zusätzlicher Verdrahtungsaufwand entsteht und die Komponenten natürlich auch noch Geld kosten. Wenn es dem Anwender dann noch gelingt, ein modular aufgebautes Systemdesign für alle notwendigen Motoren mit einem durchgängigen Bedienkonzept in allen Leistungsgrößen vom ausgewählten Hersteller zu erhalten, stehen einem wirtschaftlich erfolgreichen Einsatz und optimalen Ergebnissen bei Produktionsauslastung und Qualität nichts mehr im Wege.
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„Frequenzumrichter haben einen großen Einfluss auf die moderne Antriebstechnik, vor allem vor dem Hintergrund der weiter steigenden Energiepreise.“

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