Produktfokus: Neue Komponenten für die Antriebstechnik

1 Hybridmotor steigert Energieeffizienz über IE4 und IE5 hinaus

Der Hybridmotor 23 Sync+Ultra von WEG kombiniert die Effizienz von Synchron-Reluktanzmotoren mit der Leistung von Permanentmagnetmotoren und übertrifft damit die bisherigen Effizienzklassen IE4 und IE5, unabhängig von Schwankungen in Drehzahl und Belastung. Im Vergleich zu Asynchronmotoren mit Frequenz­umrichter bietet der W23 Sync+Ultra Energieeinsparungen von bis zu 30 %. Damit leistet der Hybridmotor einen entscheidenden Beitrag zur Steigerung der Energieeffizienz und unterstützt Unternehmen bei der Erreichung ihrer Nachhaltigkeitsziele. Diese Vorteile kommen insbesondere bei Anwendungen zum Tragen, die ein konstantes Drehmoment bei wechselnden Lasten erfordern.

Der W23 Sync+Ultra ist in zwei Varianten mit unterschiedlichen Technologien erhältlich. Die erste Variante in den Gehäusegrößen IEC 80 bis 250 basiert auf ferritunterstützten Reluktanz-Synchronmotoren. Diese Motoren nutzen ein Magnetfeld, das während der Rotormontage aktiviert wird. Ferritmagnete bieten den Vorteil einer geringen Magnetisierung, wodurch der Wartungsaufwand mit dem von herkömmlichen Asynchronmotoren vergleichbar ist. Für die zweite Variante und die Baugrößen IEC 280 bis 450 kommt Permanentmagnettechnologie mit Seltenen Erden zum Einsatz. Diese gewährleistet auch bei größeren Leistungen niedrigere Nennströme. Dank des höheren Leistungsfaktors ist es möglich, Frequenzumrichter mit geringeren Nennströmen und kleineren Kabelquerschnitten zu verwenden.  

Beide Varianten zeichnen sich durch niedrige Betriebsgeräusche, lange Lebensdauer der Komponenten und hohe Belastbarkeit aus. Die Fähigkeit, das Drehmoment auch bei unterschiedlichen Drehzahlen konstant zu halten, macht den Einsatz von Lüftern überflüssig. Mit Motorleistungen von 0,75 bis 1.250 kW, einer Drehzahl von bis zu 3.600 U/min und der Schutzart IP55 stellt die neue Motorenfamilie eine optimale Wahl für viele industrielle Anwendungen dar.

2 Elektrischer Aktuator ersetzt Unterwasser-Hydraulik

Bosch Rexroth und die Wittenstein Motion Control haben in einer Gemeinschaftsentwicklung den elektromechanischen Unterwasseraktuator eSEA Spin für die stufenlose Durchflussregelung von Gasen und Flüssigkeiten entwickelt. Er wird in bis zu 4.000 m Wassertiefe über eine 24 V Spannungsversorgung betrieben und benötigt daher keine bislang üblichen Hydraulikleitungen von der Wasseroberfläche bis zum Meeresgrund.  Das senkt sowohl die Investitionskosten der gesamten Unterwasseranlage als auch die Betriebskosten dauerhaft. Die Elektrifizierung senkt die Hürden für die kommerzielle Herstellung von grünem Wasserstoff auf See oder die Einlagerung von CO2 in Speichern unter dem Meeresboden. Der Aktuator ist genauso kompakt wie hydraulische Module und verstellt Drosselventile rotatorisch mit einem Drehmoment von bis zu 2.700 Nm. Das entspricht dem Drehmoment eines 380 kW Verbrennungsmotors für Großtraktoren. Dazu benötigt er aber lediglich eine elektrische Leistung von 480 Watt. Sie wird auf zwei redundante 24-V-Motoren mit jeweils eigenen Reglern geleitet, die über ein Planetengetriebe unbegrenzte Drehbewegungen für die präzise Durchflussregelung erzeugen.

Die robuste Steuerungselektronik basiert auf einer Steuerung aus dem Automobilsektor, die in sehr großen Stückzahlen und hoher Qualität gefertigt wird. Darüber hinaus erfassen Industriesensoren für das Condition Monitoring kontinuierlich Betriebsdaten, wie die absolute Position und das Drehmoment. Das ermöglicht die präzise Durchflussregelung des Ventils. Der Aktuator verfügt über die mechanische ROV-Klasse-4-Schnittstelle sowie die SiiS-L2-Schnittstelle für die elektrische Leistungsversorgung und Kommunikation mit übergeordneten Anlagen auf der Offshore-Plattform. Die Integration des Antriebsmoduls erfolgt innerhalb weniger Minuten. Die Verlagerung von Funktionen in die Software reduziert die Komplexität und die Anschaffungskosten gegenüber bislang am Markt verfügbaren Aktuatoren. Der eSEA Spin fügt sich ohne Zusatzaufwand in die elektrische 24-V-Infrastruktur von Unterwasseranlagen ein und ermöglicht es, die Ventile auch in größerer Entfernung, sogenannten „Step-out“-Distanzen, zu betätigen. Durch den niedrigen Energieverbrauch reduzieren sich die Betriebskosten über die gesamte Einsatzdauer.

3 Umrichter mit automatischer Energiesparsteuerung

Wo Turbinen, Pumpen, Mischer oder Belüftungssysteme betrieben werden, ermöglichen die universell einsetzbaren Frequenzumrichter der H1-Serie von Aucom eine effiziente Motorsteuerung. Die Umrichter zeichnen sich durch ihr vertikales Blockdesign und die kompakte Bauweise aus. Sie decken einen Leistungsbereich von 4 bis 450 kW (380 bis 460 V) ab und unterstützen Motorsteuerungstypen wie SPM, 1PM, SynRM und IM. Die Serie erfüllt die Anforderungen etlicher Industrieanwendungen: vom Bergbau und der Lebensmittelindus­trie über die Logistik, Holzverarbeitung, Druck-, Keramik- und Textilindustrie bis hin zur Wasserwirtschaft und Wasserstoffproduktion.

Besonderheit der H1-Serie ist die automatische Energiesparsteuerung, die beispielsweise die Steuereffizienz für Leerlaufmotoren in Lüftern und Pumpen verbessert. So kann der Leerlauf-Stromwert um 30 % reduziert werden. Um die Betriebseffizienz weiter zu erhöhen, können die Umrichter mit einem Bremswiderstand die Verzögerungszeit verkürzen. Mehrere Encoder-Karten, zahlreiche industrielle Anwendungsmakros sowie eine Vielzahl an Kommunikationsprotokollen (CAN-open, Profibus-DP, Profinet, Ethernet, IP, Ethercat) runden die Ausstattung der Frequenzumrichter ab.

4 Edelstahl-Kupplungen für hohe Ansprüche

Im Portfolio des Anbieters KBK finden sich Kupplungen mit unterschiedlichen Eigenschaften: Während Metallbalgkupplungen Drehmomente hochpräzise und spielfrei übertragen, kompensieren Elastomerkupplungen Schwingungen und Stöße und verlängern so die Lebensdauer von Maschinen und Anlagen. Gelenkkupplungen eignen sich optimal für die drehstarre Drehmomentübertragung bei großem Radial- und Winkelversatz. Magnetkupplungen werden für die dauerhafte Absicherung von Überlastvorgängen eingesetzt, Schlitzkupplungen übertragen auf engem Raum hohe Drehmomente.

In der Edelstahl-Ausführung zeichnen sich alle Kupplungen durch eine lange Lebensdauer und eine hohe Beständigkeit gegenüber Hitze und Korrosion aus. Darüber hinaus werden die besonders leicht zu reinigenden Kupplungen in medizintechnischen Anwendungen und in Verpackungsanlagen verbaut. Für Anwendungen mit besonders hohen Anforderungen an den Korrosionsschutz bietet der Kupplungsspezialist die Kupplungen auch in V4-Edelstahl sowie als lasergeschweißte Variante an. Mit diesen Eigenschaften sind die Kupplungen prädestiniert für den Einsatz in Umgebungen mit höheren Temperaturen. Sämtliche Kupplungen für hygiene­kritische Applikationen werden mit hochfesten Edelstahlschrauben geliefert, die eine uneingeschränkte Drehmomentübertragung gewährleisten.

5 Getriebe-Optionen aus dem Baukasten

Das Unternehmen August Steinmeyer, ein Unternehmen der Steinmeyer-Gruppe, bietet Kugelgewindetriebe in verschiedenen Größen, Ausführungen und Genauigkeitsklassen an: P1 bis P5 für Positionieranwendungen sowie T5 bis T7 für Transportanwendungen. Grundsätzlich versucht der Hersteller unnötige Kostentreiber zu vermeiden und möglichst wirtschaftlich zu produzieren. Doch besondere Anwendungen erfordern auch spezielle Bauteile oder Materialien. Die Experten bieten deshalb verschiedene Mutterntypen an, um spezifische Anforderungen hinsichtlich Vorspannung, Wirkungsgrad, Steifigkeit oder Bauraum zu erfüllen. Die Erstbefettung erfolgt in der Regel ab Werk, Sonderschmierungen sind aber ebenfalls möglich.

Neben kostengünstigen Standardabstreifern hat der Hersteller auch Filzabtreifer, Doppelabstreifer oder Sonderabstreifer im Programm. Bauteile und Kugeln fertigt das Unternehmen auf Kundenwunsch ebenfalls aus Sondermaterialien wie 1.4112, Cronidur, Titan, V4A oder Keramik. Der Wirkungsgrad eines ETA+-Kugelgewindetriebs des Unternehmens ist mit 95 % so hoch, dass im Vergleich zu einem Kugelgewindetrieb mit Einzelmutter und 85 % Wirkungsgrad nur noch etwa ein Drittel der Wärmeleistung anfällt. In vielen Fällen kann dadurch komplett auf eine Kühlung verzichtet werden.

6 Einachs-Drivemodul für hohe Leistung

Das modulare, dynamische Multiachs-Servosystem Dias-Drive 2000 von Sigmatek bekommt eine leistungsstarke Verstärkung. Mit dem Einachsmodul MDP 2200-L-01 zur Ansteuerung von Synchronservomotoren stehen bis zu 20 A Nennstrom zur Verfügung. Versorgung, Netzfilter, Bremswiderstand und Zwischenkreis finden auf einer Baugröße von 150 x 240 x 219 mm (Baugröße 2) ebenfalls Platz. Das kombinierte Versorgungs-/Achsmodul wird dreiphasig 400–480 VAC betrieben und schafft bis zu 60 A Spitzenstrom. Der Überlastfaktor liegt somit bei bis zu 300 %. Im Standard enthalten sind zahlreiche Safety-Funktionen wie STO, SS1, SOS, SBC sowie sichere Geschwindigkeits-, Beschleunigungs-, Positions- und Drehrichtungsfunktionen – alle bis zu SIL-3-, PL-e-, Kat.-4- und TÜV-zertifiziert. Wie alle MDP-Module dieser Serie kann auch der Einachs-Drive stand-alone oder im Verbund mit beliebig vielen MDD 2000-Achsmodulen beider Baugrößen eingesetzt werden. So ist eine passgenaue Auslegung des Antriebskonzeptes einfach möglich.

Im Standard kommt die digitale Motorfeedback-Schnittstelle Hiperface DSL zum Einsatz, das spart Kabel und Zeit bei der Inbetriebnahme. Neben der Einkabellösung werden zahlreiche Gebervarianten unterstützt: Endat 2.1, Hiperface, Resolver, Sin/Cos, TTL, BiSS-C oder Tamagawa. Die Module lassen sich dank Anreihtechnik schnell und werkzeuglos mit DCB (DC Connection Block) und BCB (Bus Connection Block) verbinden. Dadurch entfällt eine aufwendige Einzelverdrahtung für Strom, Zwischenkreiskopplung und Echtzeit-Ethernet-Kommunikation mit Varan-Bus.

7 KI-basierte Optimierung für mehr Energieeffizienz

Drivetrain Analyzer Cloud, eine leistungsfähige Lösung aus dem Siemens-Xcelerator-Portfolio, unterstützt Unternehmen durch energiebasierte Wartung dabei, den Energieverbrauch ihrer Antriebssysteme signifikant zu senken. Das Connection Module IOT erfasst dabei umfangreiche Daten am Antriebsstrang und überträgt diese an Drivetrain Analyzer Cloud. Dort werden kontinuierlich relevante Betriebsdaten wie die Last, die elektrische Leistungsaufnahme und der Energieverbrauch der Antriebe berechnet und dargestellt. Damit unterstützt das System auch gezielt dabei, Energie einzusparen, denn mithilfe fortschrittlicher, KI-basierter Analyse-Algorithmen erkennt die Cloud-Lösung Abweichungen vom optimalen Betriebspunkt präzise, überwacht Energieverbrauch, CO2-Emissionen sowie Kosten und generiert Optimierungsvorschläge. Für diese wird auch der Return on Invest berechnet, um künftige Investitionen möglichst präzise und datenbasiert bewerten zu können. So können Anwender gezielte Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz ergreifen, zum Beispiel Anpassungen der Motorsteuerung, der Wartungsintervalle oder der Lastverteilung.

Außerdem erkennt das cloudbasierte System frühzeitig, wenn ein Motor ineffizient in Betrieb ist, und empfiehlt automatisch eine effizientere Alternative. Der Einsatz der Lösung kann den Energieverbrauch von Antriebssystemen um zehn bis 20 % reduzieren. Der cloudbasierte Ansatz ermöglicht es zudem, Erkenntnisse standortübergreifend zu nutzen und die Effizienz der gesamten Produktionsinfrastruktur zu optimieren. Die Erkenntnisse lassen sich zudem in übergeordnete Energiemanagement-Systeme integrieren.