Für alle Antriebsaufgaben

Die Hauptantriebsaufgaben in der Prozessindustrie sind das Transportieren, Positionieren und Pumpen. So verschieden die Anwendungen auch sein mögen, sind doch die kategorischen Anforderungen an den Antrieb stets dieselben: Benötigt werden ein bestimmtes Drehmoment, eine zugehörige Drehzahl und festgelegte Funktionen. Solange diese an der Abtriebswelle zur Verfügung stehen, ist es für die angeschlossene Anlage unerheblich, auf welche Art sie realisiert werden. Landläufig besteht trotzdem die Annahme, dass die genannten Anwendungen jeweils mit spezifischen Antriebslösungen einhergehen: Fürs Pumpen, so die Faustregel, wären dies Direktantriebe, zum Transportieren werden hier und da geregelte Antriebe eingesetzt, beim Positionieren werden im Allgemeinen Servoantriebe erwartet. Löst man sich von diesem Spartendenken, so kann die Projektierung einfach auf Grundlage des Wissens erfolgen, dass die Faktoren Drehmoment, Drehzahl und Funktionen mit den drei Antriebskomponenten Getriebe, Motor und Elektronik (Leistungsteil plus Software) korrespondieren. Wenn das Motordrehmoment ausreicht, genügt (z. B. an Pumpen und Lüftern) einfach ein Motor. Andernfalls helfen effiziente Getriebe mit großer Übersetzungsspanne und hohem Wirkungsgrad bei der Dimensionierung eines kompakten, leistungsfähigen Antriebs. Der Getriebemotor wird für den Normalbetrieb ausgelegt, zu erwartende Spitzenlasten werden mit der Überlastfähigkeit abgeglichen, alle weiteren Eventualitäten regelt der Umrichter. Bei High-End-Anwendungen lassen sich viele Antriebsaufgaben mit dezentraler Elektronik ausführen. Die Leistungselektronik kann darüber hinaus weitere antriebsnahe Funktionen übernehmen und so die SPS entlasten.

Die Drehzahlregelung von Elektromotoren mittels Umrichter reduziert bedarfsabhängig die Leistung und damit den Energiebedarf. Je nach Betriebsstunden kann sich dies gegenüber Festdrehzahlmotoren in vielen Fällen kurz- bis mittelfristig rentieren. Um anwendungsspezifisch die richtige Regeltechnik auswählen zu können, ist ein Umrichterspektrum mit abgestuftem Funktionsumfang und modularen Erweiterungsoptionen erforderlich. Immer öfter fällt dabei die Wahl auf dezentrale Elektronikeinheiten, die direkt auf dem einzelnen Motor oder in Motornähe installiert werden und besonders in weitläufigen Anlagen die geringsten Gesamtbetriebskosten aufweisen. In die Kostenkalkulation fließen auch die Installations- und Wartungskosten ein. Hier haben integrierte Einheiten mit ihrem weit geringeren Verkabelungsaufwand klare Vorzüge.

Die Umstellung der Durchfluss- und Volumenregelung von Drosselklappen und Bypässen auf geregelte Pumpenantriebe kann laut Schätzwerten den Energiebedarf auf weniger als die Hälfte senken. Die bedarfsgerechte Antriebsregelung schont die Mechanik, senkt den Geräuschpegel erheblich und erhöht zudem die Präzision enorm. Besonders in weitläufigen Anlagen punkten dezentrale Umrichterlösungen: Der Frequenzumrichter auf dem Pumpenmotor oder in Motornähe kann völlig autonom arbeiten oder wahlweise für einen Betrieb im Verbund mit anderen Antrieben eingerichtet werden. Der auf der Hannover Messe 2013 vorgestellte kompakte Frequenzumrichter SK 180E von Nord Drivesystems bietet alle einschlägigen Funktionen für den Pumpenbetrieb und deckt mit einem Leistungsbereich von 0,25 bis 2,2 kW eine große Anzahl von Pumpenantrieben ab. Durch die Konzentration auf die Kernaufgaben Drehzahlregelung, Energieeffizienz und Geräteschutz fällt er außerdem noch einmal kostengünstiger aus als die Modelle der etablierten Baureihe SK 200E für Motoren bis 22 kW. Die integrierten Prozess- und PI-Funktionen befähigen den Umrichter zur vollautomatischen Ausregelung von Betriebs- und Störgrößen. Über zwei Analogeingänge lassen sich z. B. Temperatur-, Druck- oder Flussmengensensoren anschließen. Als Standard- Feature von Nord-Umrichtern bietet der SK 180E auch die automatische Magnetisierungsanpassung im Teillastbetrieb. Der Pumpenbetrieb zählt zu den Anwendungen, in denen nicht ständig die zur Abgabe des vollen Drehmoments erforderliche Magnetisierung aufrechterhalten werden muss, wie es z. B. in Hubwerksanwendungen aus Sicherheitsgründen nötig ist. Daher kann hier die intelligente Anpassung unnötige Verluste verhindern. Über den marktüblichen Standard hinaus bieten alle Nord-Umrichter die in der SK-Familie lange schon bewährte ISD-Vektorregelung sowie die hohe Überlastfähigkeit von 150 % für 60 s und kurzzeitig bis zu 200 %. Dadurch lassen sich praktisch und kostengünstig Reserven mobilisieren, wo Betreiber andernfalls den Antrieb durch ein leistungsstärkeres Modell austauschen müssten.

In Förderanwendungen sind die Anforderungen oft stärker differenziert. Hier bietet Nord ein Elektronikprogramm mit abgestuftem Funktionsumfang, das flexible Anlagenkonzepte aus einem Guss ermöglicht und reduzierte Variantenvielfalt unterstützt. Für Sanftanlauf und Reversierbetrieb an horizontalen Bändern sorgt der elektronische, verschleißfreie Motorstarter SK 135E. Durch integrierte Schutzfunktionen spart er in der Peripherie Kosten, da er zusätzliche Schaltschrankgeräte wie Motorschutzschalter, Wendeschützschalter und Bremsgleichrichter ersetzt. Für ein höheres Losbrechdrehmoment kann über DIP-Schalter direkt am Starter eine Boost-Spannung eingestellt werden. Wo in weitläufigen Anlagen eine Geschwindigkeitsregelung ohne Positionierung gefragt ist, z. B. an horizontalen Förderbändern, leistet der SK 180E ebenfalls treue Dienste. Und bei Hub- und Sortieraufgaben sorgen die Umrichter der Baureihe SK 200E mit besonders breitem Funktionsspektrum für hohe Dynamik und Präzision. Die Bedienung ist für das gesamte Programm einheitlich. Sie kann einfach und flexibel direkt am Gerät oder am PC mit der Gratis-Software Nord CON erfolgen.

Auf dem Gebiet der intelligenten Antriebselektronik hat sich in den letzten Jahren viel getan. Heute lassen sich mit Frequenzumrichtern neben Positionier- auch Gleichlaufanwendungen realisieren. Dezentrale Technik erreicht funktional einen vergleichbaren Ausstattungsumfang wie Schaltschrankgeräte. Maschinenintegrierte Getriebemotor-Umrichter-Einheiten reichen zum Teil schon an bislang einschlägige, erheblich teurere Servolösungen heran. Ein Paradebeispiel ist die Umrüstung der neuen Palettierergeneration eines niederländischen Maschinenbauers von Servotechnik auf dezentrale Frequenzumrichter. Als Komplettanbieter konnte Nord die Antriebe passgenau projektieren – mit Getrieben und IE2-Energiesparmotoren aus eigener Fertigung und Regelungslösungen auf Basis der schon seit 2008 am Markt etablierten Baureihe SK 200E. Mit diesen Spitzenmodellen aus dem dezentralen Elektronikprogramm stehen sogar die Sicherheitsfunktionen STO und SS1 für Anforderungen bis SIL3 zur Verfügung. Die Serie bietet verschieden spezialisierte Versionen, allesamt mit Positionierfunktionalität, die sich modular erweitern lassen, z. B. mit Schnittstellen für alle gängigen Bussysteme.

Halle 3, Stand 218

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