antriebstechnik 11/2017

SPS IPC DRIVES

SPS IPC DRIVES 2017 I SPECIAL Wo sich Stillstand rechnet Servosysteme, die hydraulischen Druck nur dann aufbauen, wenn er gebraucht wird, senken Energiekosten Intelligente Servoverstärker mit passenden Servomotoren bieten erhebliche Vorteile im Zusammenspiel mit hydraulischen Pumpen – unter anderem wird die Leistungsbilanz von Spritzgussmaschinen und Pressen nachweislich verbessert. Eine intelligente, im Servo-Umrichter integrierte Regelung stellt den erforderlichen Öldruck in wenigen Millisekunden zur Verfügung. Da der Bypass zur Druckregelung entfällt, sinken die Energiekosten um bis zu 70 Prozent. Holger Goergen ist Business Development Manager Motion Control bei der Pilz GmbH & Co. KG in Ostfildern Servomotoren drehen leiser, Lüfter sind überflüssig, die Geräuschkulisse nimmt um deutlich wahrnehmbare 20 dB (A) ab. Das Automatisierungsunternehmen Pilz begleitet solche Retrofits und berechnet die richtige Auslegung der Antriebe. Denn es passiert nicht alle Tage, dass sich mit dem Austausch elektrischer Antriebe die Leistungs-, Energie- und Umweltbilanz von Anlagen sowie die gesundheitlichen Rahmenbedingungen am Arbeitsplatz so nachhaltig optimieren lassen. Maschinen, die ihre Kraft aus hydraulisch erzeugter Energie beziehen (z. B. Pressen und Spritzgussma­ schinen), sind vielfach mit einem aus heutiger Sicht überholten und ineffizienten Antriebs-/Hydraulikkonzept ausgestattet. Dabei wird die den Druck aufbauende Verstellpumpe von einem Asynchronmotor angetrieben, die Mengen-/Druckregelung erfolgt über ein gesteuertes Bypassventil. Antriebskonzept unter der Lupe Der vergleichsweise träge Asynchronmotor läuft nonstop und immer auf Hochtouren, damit er den notwendigen maximalen Arbeitsdruck ständig zur Verfügung stellen 74 antriebstechnik 11/2017

SPECIAL I SPS IPC DRIVES 2017 01 Mit den Servomotoren PMC Tendo SZ steht für jeden Anwendungsfall der richtige Motor zur Verfügung – egal, ob der Fokus auf Baumaß, Dynamik, Regelbarkeit oder Feedbacksystemen liegt 02 Die intelligenten Servoverstärker PMC Protego D regeln die Fördermenge und den Druck über die präzise Verstellbarkeit der Motordrehzahl 03 Die Servoverstärker PMC Tendo DD sind für den Stand-alone-Betrieb konzipiert und verfügen über alle Funktionen, um einen bürstenlosen Motor in Asynchronund Synchrontechnik zu betreiben kann. Selbst wenn die Anlage nur unter Teillast fährt oder gerade keinen Druck benötigt, verbraucht der ständig laufende Motor Strom. Gleichzeitig erzeugen Motor, Pumpe und Lüfter einen konstant hohen Geräuschpegel, der sich kaum wirksam reduzieren lässt. Zudem bereitet die durch den Lüfter bedingte, nicht vermeidbare Verwirbelung von Staub insbesondere Allergikern erhebliche Probleme. Mit ihrem geringen Wirkungsgrad weist die Kombination aus Konstantpumpe und Asynchronmotor unter ökonomischen wie ökologischen Aspekten (CO 2 -Ausstoß) eine weit unterdurchschnittliche Gesamtbilanz auf. Ersetzt man die Hydraulik durch elektromechanische Komponenten, sieht die Bilanz nur auf den ersten Blick besser aus: Jede Achse wird von einem separaten Servomotor mit entsprechenden Umlenkeinheiten wie Getriebe und Spindel angetrieben. Neben den hohen Investitionskosten treibt das den Wartungsaufwand, den mechanischen Verschleiß sowie die erforderlichen elektrischen Anschlusswerte in die Höhe. Der Ersatz der Hydraulik durch Mechanik ist somit unter Kostengesichtspunkten keine Lösung. Energie ad hoc anstatt nonstop Mit dem Einsatz servomotorischer Pumpenantriebe beginnt eine neue Hydraulik- Ära: Auf vergleichsweise einfache Art und Weise lassen sich Anlagen mit einem Wechsel des elektrischen Antriebskonzeptes optimieren. Das Unternehmen Pilz ist diesen neuen Weg gegangen: Servoverstärker PMC Protego D regeln die Fördermenge und den Druck über die präzise Verstellbarkeit der Motordrehzahl. Die mit hoher Dynamik ausgestatteten Motoren PMC Tendo SZ, ebenfalls von Pilz, stellen den notwendigen Druck innerhalb von Millisekunden genau in jenem Moment zur Verfügung, in dem die Leistung gebraucht wird. Zur Aufrechterhaltung eines bestimmten Drucklevels läuft der Motor mit minimaler Drehzahl – entsprechend niedrig ist der Energieverbrauch. Wird kein hydraulischer Druck benötigt, steht der Motor still und verbraucht somit keine Energie. Bei einer notwendigen Reduzierung des Drucks läuft der Motor kurzfristig rückwärts. Die bis dahin übliche Ventiltechnik zur Druckregelung entfällt, es muss kein Öl mehr über einen Bypass abgelassen werden. Im Vergleich zu DFE-Systemen (elektronische Druck- und Förderstromregelung) sinkt der Energieverbrauch um rund 50 %. Bei noch immer gebräuchlichen DFR-Systemen (Druckförderstromregelung) können sich Einsparungen auf bis zu 70 % summieren. Antriebsauslegung einfach gemacht Das Besondere an den Servomotoren PMC Tendo SZ ist der integrierte Servoverstärker: Zwar kommen die Sollwerte von der übergeordneten Steuerungsebene, für die unmittelbare Öldrucksteuerung jedoch ist der Servoverstärker direkt zuständig. Der sorgt für eine unmittelbare und dynamische Umsetzung der Antriebsbefehle. Die erforderliche Sensorik (z. B. analoge Druckmesssensoren) kann direkt am Servoverstärker angeschlossen werden. Obwohl Servomotoren im Vergleich zu Asynchronmotoren eine höhere Investition darstellen, ist ihr Wirkungsgrad in jedem Punkt höher, sogar bei geringen Drehzahlen. Bei Spritzgussmaschinen, kleinen und mittleren Pressen, hydraulischen Hebevorrichtungen sowie Umformmaschinen bedeutet Umrüstung im Kern den Tausch der Asynchronmotoren gegen Servomotoren. In manchen Fällen sind Anpassungen der Pumpen, Regler und Bypässe erforderlich. Nicht nur sinkende Energiekosten schlagen zu Buche: Servomotorische Pumpenantriebe produzieren weniger Lärm, Staub sowie CO 2 und steigern die Arbeitsplatzqualität. Umgerüstete Anlagen weisen eine deutlich höhere Performance auf. Unternehmen wie Pilz bieten Leistungen aus einer Hand: Neben einem breiten Angebot an Automatisierungs- und Safety-Komponenten steht das Unternehmen über den gesamten Retrofit-Prozess hinweg mit einem breiten Beratungs- und Dienstleistungsangebot zur Seite. Dazu zählt auch die sicherheitstechnische Betrachtung sowohl bei Neukons truktion als auch bei Umbau. Ein eigens entwickeltes Softwareprogramm berechnet die Dimensionierung der Antriebe, ermittelt die Kosten und den voraussichtlichen Amortisationszeitraum. Die hohe Dynamik, Präzision und Schnelligkeit der im Servoverstärker integrierten Regelung, das erzielbare Einsparpotenzial sowie eine in der Folge optimierte Maschinenleistung deuten darauf hin, dass servomotorisch angetriebene Hydraulikkonzepte der Standard der Zukunft sein werden. www.pilz.de antriebstechnik 11/2017 75