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antriebstechnik 8/2015

antriebstechnik 8/2015

STEUERN UND

STEUERN UND AUTOMATISIEREN Typ AKD-N im Einsatz, reduziert sich die Länge auf 34 m. Die Berechnung: 5 m Hybridkabel mit Leistungsversorgung und Feedback zwischen Versorgungsmodul und dem am dichtesten liegenden dezentralen Servoregler. Dazu addieren sich jeweils noch mal drei Meter zur Anbindung der weiteren sieben Achsen − macht 21 m. Bleibt noch die Versorgung der Motoren: Diese sind rund ein Meter von den dezentralen Servoreglern AKD-N entfernt eingebaut. Weil die Kollmorgen-Lösung mit einer Einkabelanschlusstechnik ausgestattet ist, sind lediglich weitere 8 m Leitung notwendig. Zusammengerechnet bringt der Einsatz der dezentralen Servoregler in allein bei der Installation eine Ersparnis von 86 % − von 248 m auf 34 m. Diese Zahlen lassen eine Vorstellung zu, welche Effizienzgewinne gerade bei OEMs in puncto Kabelkosten, Montage und Installation möglich sind. Noch gravierender fallen diese aus, wenn die Achsen zusätzliche I/Os aufweisen. Statt 372 m werden dann nur noch 42 m benötigt − was Einsparungen von 89 % entspricht. Ein weiterer Gewinn der Verlagerung der Antriebe in die Maschine resultiert aus dem Minus an Verlustleistung im Schaltschrank. Dieser Effekt sorgt für einen Minderbedarf an Klimatisierung − und sorgt damit direkt für Einsparungen sowohl beim OEM als auch beim Endkunden. Da eine Schaltschrank-Klimaanlage geringer dimensioniert werden kann oder sogar komplett entfällt, sinken die Kosten für Hardware und den späteren Betrieb − was letztlich auch die Energieeffizienz steigert. Technische Vorteile durch sinkende Komplexität Für die Anschlusstechnik der IP67-Geräte der AKD-N-Reihe setzt Kollmorgen ein 11 mm dünnes Hybridkabel ein, das die Versorgung über ein zentrales Ein speisemodul im Schaltschrank sicherstellt. Ebenfalls mit nur einem Kabel lassen sich die dezentral in einer Maschine platzierten Einzelregler per DC-Verbund ohne weitere Einspeisung miteinander verbinden − Kommunikation inklusive. Die Einspeisemodule AKD-C verfügen über zwei Strings, an die sich jeweils bis zu acht AKD-N mit einer Leistung bis je 4 kW anschließen lassen. Safe Torque Off als Gruppen- oder Einzelabschaltung gehört zum Serienumfang dazu und wird ebenfalls über das Hybridkabel geführt. Nur ein Kabel ist ausreichend zwischen dem dezentralen Servoregler und seinem angeschlossenen Motor. Dank einer neuen Einkabelanschlusstechnik sind dadurch nicht mehr zwei Leitungen − Motorkabel und Rückführung − notwendig. Weil Servo technik gerade dann zum Einsatz kommt, wenn komplexe und positionsgenaue Bewegungen gefragt sind, finden sie sich häufig wieder als ein Teil von Positionier- und Handlingssystemen. Hieraus folgt, dass jede Leitung auch Platz in einer Schleppkette oder in einem Kabelkanal beansprucht. Gewinnen durch mehr Designfreiheit Die Modellberechnungen zeigen, dass die dezentralen Servotechnik in Kombination mit der Einkabelanschlusstechnik zwischen Motor und Regler richtig Platz spart. Dieser Gewinn lässt sich trefflich nutzen für kleinere Kabeltrassen, leichtere Schleppketten, knappere Durchführungen − oder einfach auch für mehr Designfreiheit bei der Entwicklung neuer Maschinen. Diese Freiheit resultiert vor allem daraus, dass die verteilte Technik im Vergleich zu räumlich fixierten Zentralschaltschränken die Modularisierungsmöglichkeiten erweitert. Auf diese Weise können OEMs neue Anlagen aus bereits entwickelten Modulen konzipieren − was unter dem Strich das Engineering effizienter macht. Dezentrale Antriebstechnik als Hybridlösung Eine zweite Möglichkeit, um Antriebe dezentral in einer Anlage zu platzieren, bieten integrierte Lösungen. Hierbei handelt es sich um Einheiten aus Motor und Servoumrichter, die ohne gesonderte Leitungsverbindung dazwischen zum Einsatz kommt. Dieser Vorteil bringt in der Praxis allerdings auch Nachteile mit sich. Hybride Ansätze − die so genannten „Huckepack- Lösungen“ − werfen bei der Auslegung der Antriebe immer die Frage auf, wie hoch das Derating ausfällt. Hierbei ist zu wissen, dass ein Wechselrichter seine Leistung immer mehr 02 Die dezentralen Servoregler der Reihe AKD-N hat Kollmorgen bewusst als abgesetzte Geräte konzipiert 03 Der Vergleich beim zentralen und dezentralen Aufbau spricht eine deutliche Sprache 30 antriebstechnik 8/2015

STEUERN UND AUTOMATISIEREN BUCHTIPP 04 Gehäuselose Direktantriebe lassen sich konstruktiv nicht direkt mit dezentralen Servoreglern als „Huckepack“-Lösung verbinden reduziert, je höher die Umgebungstemperatur ansteigt. Damit schützt sich das Bauteil selbst vor Überhitzung. Dieser Zusammenhang sorgt in der Praxis dafür, dass Motoren größer als notwendig ausgelegt werden müssen. Hierbei zählt dann weniger die tatsächlich notwendige Leistung als vielmehr die wirklich gelieferte Leistung innerhalb der für die Elektronik verträglichen Temperaturgrenzen. Fördern typische Servoantriebsaufgaben wie das schnelle Beschleunigen und Abbremsen beim Positionieren die Verlustleistung, kann die dabei entstehende Wärme zu einem echten Problem bei der Auslegung hybrider Lösungen werden. Die Einheiten bekommen schlicht Probleme dabei, die Wärme effektiv abzugeben. Das räumlich getrennte Nebeneinander weist an dieser Stelle das bessere Wärmeverhalten auf und verhindert damit das konstruktiv bedingte Der ating. Dieser Effekt schafft die Grundlage für kleinere Motorenleistungen in Verbindung mit besserer Energieeffizienz. Darüber hinaus sind integrierte Kombinationen meist fokussiert auf einen Motorentyp, was die optimale Auslegung innerhalb einer Applikation limitiert, zumal diese Einheiten durch ihren Aufbau auch noch weniger flexibel im Einbau sind. Weil sich die de zentralen Servoregler von Kollmorgen mit jedem Servomotor sowie rotativen und linearen Direktantrieb verbinden lassen, sind die Designfreiheiten bei Performance und Leistung sehr gut. Die Frage nach Integration als Antwort Zur Verdeutlichung der Zusammenhänge abschließend noch ein Beispiel für den Einsatz von Servoantriebstechnik in der Lebensmittelverarbeitung. Lässt sich das Schneiden von Wurst und Käse als Hauptaufgabe eines so genannten Slicers bezeichnen, so dient das nachgeschaltete Abführband dem Materialfluss. Weil es bei diesem Prozess nicht ausschließlich darum geht, einen Wurststapel von A nach B zu bringen, sondern diesen vielmehr beim Transportieren auch noch in Schindeln zu portionieren, wird die Bedeutung der Servotechnik als Positionierantrieb an dieser Stelle deutlich. Klar wird auch, dass es sich bei diesem Bandantrieb um eine zwar hochdynamische, aber immer noch um eine Einzelachse handelt. Spätestens an dieser Stelle taucht die Frage auf, wie sich diese Antriebsachse mit ihrer ausgeklügelten Motion Control Funktionalität vernünftig in den Maschinenverbund mit nach wie vor notwendigen zentralen Lösungen integrieren lässt. Der Antrieb des Slicers stellt dafür ein gutes Beispiel dar, weil er eine Leistung braucht, die sich dezentral nicht realisieren lässt. Dieser Aspekt macht deutlich, dass es nicht um eine Antwort geht, welche Antriebe die Aufgabe von ihrer Performance her am besten bewältigen. Sie können es alle gut. Die Aufgabe auf Herstellerseite besteht vielmehr darin, Produkte unterschiedlicher Welten zu harmonisieren. Die Kollmorgen-Reihe AKD-N basiert zum Beispiel ganz bewusst auf der „zentralen“ AKD-Plattform. Es gilt Technik zu Einsatz zu bringen, die in puncto Performance perfekt zur Aufgabe passt, die aber auch übergreifend betrachtet sehr gut mit anderen Akteuren kombinierbar ist. www.kollmorgen.com Dieses Buch erleichtert durch eine möglichst anschauliche und anwendungsorientierte Darstellung der Zusammenhänge dem Leser den Zugang zu dem interessanten Fachgebiet der elektrohydraulischen Antriebe und Steuerungen, ohne allerdings auf die notwendigen physikalischen und mathematischen Grundlagen zu verzichten. Grundlagen elektrohydraulischer Antriebe und Steuerungen von Prof. Dr.-Ing. Siegfried Helduser 380 Seiten, zahlreiche Abbildungen, broschiert, ISBN 978-3-7830-0387-1 € 32,- (zzgl. Versandkosten) Online-Shop unter www.engineering-news.net Bitte bestellen Sie bei: Vereinigte Fachverlage GmbH Vertrieb . Postfach 10 04 65 . 55135 Mainz Telefon: 06131/992-0 Telefax: 06131/992-100 E-Mail: vertrieb@vfmz.de antriebstechnik 8/2015 31 OUP_Buch_elektrohydraulische_Antriebe_60x265_2015_01.indd 21.01.20151 07:37:25

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