Industrie 4.0 Synchron-Servomotoren für intelligente Antriebe

Abb. 1: Intelligentes Antriebssystem auf Synchron-Servomotor-Basis
Abb. 1: Intelligentes Antriebssystem auf Synchron-Servomotor-Basis

Intelligente, vernetzte Antriebe auf Basis von Synchron-Servomotoren lassen sich stets im optimalen Wirkungsgradbereich betreiben; Nennverluste und Leerlaufverluste des Motors sinken. Die Vorteile zeigen sich unter anderem bei Extrusions-, Wickel- und Drehmaschinen in der Kabelfertigung.

Analysen bestehender Produktionsmaschinen zeigen, dass die meisten Antriebe nicht an ihrem Nennpunkt, sondern überwiegend im Teillastbereich betrieben werden. In Europa liegt die mittlere Auslastung von Motoren bei maximal 60 Prozent der Nennlast. Dies gilt besonders für Anwendungen mit einer hohen Varianz wie etwa Konstantleistungsantriebe für Wickel- oder Drehmaschinen. Die Verbesserungspotenziale einzelner Komponenten (Motor, Getriebe, Umrichter) sind für die Zukunft relativ gering, weil diese schon heute sehr hohe Reife- und Wirkungsgrade aufweisen (0,98 Prozent am Nennpunkt). Die Zukunft in der Antriebstechnik könnte daher kleinen, digital in Echtzeit und energetisch intelligent verknüpften Servoaktoren gehören - einer Basistechnik ganz im Sinne des Industrie-4.0-Gedankens.

Ob Revolution oder Evolution, mit den ersten Ansätzen und Ideen der Industrie 4.0 befindet sich die Industrie inmitten eines Entwicklungssprungs. Der Begriff Industrie 4.0 steht der Plattform Industrie 4.0 zufolge für eine neue Stufe der Organisation und Steuerung der gesamten Wertschöpfungskette über den Lebenszyklus von Produkten. Dieser Zyklus orientiert sich demnach an den zunehmend individualisierten Kundenwünschen und erstreckt sich von Idee und Auftrag über Entwicklung, Fertigung und Auslieferung eines Produkts bis hin zum Recycling, einschließlich der damit verbundenen Dienstleistungen. Basis ist die Verfügbarkeit aller relevanten Informationen in Echtzeit durch Vernetzung aller an der Wertschöpfung beteiligten Instanzen sowie die Fähigkeit, aus den Daten den zu jedem Zeitpunkt optimalen Wertschöpfungsfluss abzuleiten. Durch die Verbindung von Menschen, Objekten und Systemen entstehen dynamische, echtzeitoptimierte, selbstorganisierende und unternehmensübergreifende Wertschöpfungsnetzwerke, die sich nach unterschiedlichen Kriterien wie etwa Kosten, Verfügbarkeit und Ressourcenverbrauch optimieren lassen.

Es ist also empfehlenswert, sich frühzeitig mit dem Megathema Industrie 4.0 zu beschäftigen und einen Blick auf bereits verfügbare Entwicklungen, Technologien und Trends zu werfen. Zurzeit ist beispielsweise die Energieeffizienz elektrischer Antriebe ein wesentlicher Treiber für solche Neuerungen. Hierzu beigetragen hat unter anderem die Definition von Effizienzklassen in der IEC-Norm 60034-30 - eine zielführende Maßnahme, aber noch nicht der Weisheit letzter Schluss. Betrachtet man die typische Anwendung elektrischer Antriebe, so erkennt man, dass in sehr vielen Applikationen der Teillastbetrieb vorherrscht. Dies gilt bei Konstantmomentantrieben für Fördereinrichtungen oder Extruder genauso wie bei Konstantleistungsantrieben für Ab- und Aufwickelvorrichtungen oder Drehmaschinen. Im Folgenden wird an einem konkreten Beispiel aus der Kabelindustrie aufgezeigt, dass Anwender durch ein intelligentes Antriebssystem (Abb. 1) erhebliche Energiemengen und somit Energiekosten einsparen können.