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Gesamtlösung

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Einfacher zum richtigen Betriebspunkt

Text: Thorben Steinmann, Rune Friis-Knutzen, Lenze
Es gibt sie noch: Vergleichsweise einfache Antriebe, die etwa in der Fördertechnik den Materialfluss in Gang setzen. Dreht sich in Fertigungs- und Handlingsprozessen die Entwicklungsarbeit vornehmlich darum, Geschwindigkeit und Präzision zu maximieren, stehen die typischen Getriebemotorapplikationen in der Intralogistik ganz im Zeichen von Energieeffizienz, Standardisierung und einfacher Anwendbarkeit.

In der horizontalen Fördertechnik bestimmen weitgehend Standardkomponenten den herrschenden Lösungsraum. Dieser besteht aus Getriebemotoren am Netzschütz sowie aus Kombinationen mit Startern oder Frequenzumrichtern. Angesichts des nach wie vor aktuellen Trends zur Standardisierung gehen diese meist auf Kosten einer optimalen Leistungsauslegung oder einer zu üppig dimensionierten Funktionalität. Kommt bei Neuentwicklungen eine wirklich mechatronische Herangehensweise zum Tragen, lassen sich Antriebsachsen verbessern – ohne dabei Kompromisse eingehen zu müssen.

Antriebslösungen

Deutlich mehr als die Hälfte aller elektrischen Antriebe der Intralogistik sind in der horizontalen Fördertechnik im Einsatz. Dabei handelt es sich bei der Mehrzahl um Asynchronmotoren, deren Drehzahlen fest an die Netzfrequenz gekoppelt sind. Erfahrungsgemäß kommt in Logistikzentren dabei eine Fülle unterschiedlicher Motortypen zum Einsatz, um den erforderlichen Leistungsbereich abzudecken. Die hohe Variantenvielfalt ergibt sich durch die zahlreichen Getriebestufen, denn jede zusätzliche Ausgangsdrehzahl und jede Baugröße des Motors benötigt eine separate Getriebeübersetzung.

Eine weitere Herausforderung bei der Auslegung wirklich passender Antriebe liegt in den hohen Anlaufmomenten ­begründet. Sie sind die Folge von Massenträgheit und Losbrechmoment fördertechnischer Einrichtungen. Werden konventionelle Getriebemotoren auf diese Anlaufmomente ausgelegt, sind im Dauerbetrieb energetisch ungünstige Teillasten die Folge. Dieser Effekt resultiert aus der Überdimensionierung, die zwar das Beschleunigen sicher bewältigt, im S1-Betrieb jedoch den Energieverbrauch nach oben treibt.

Eine branchenübliche Antriebslösung mit besserer Effizienz stellt die Kombination mit Frequenzumrichtern dar. Der Nachteil dieses Lösungsansatzes: Der Frequenzumrichter macht den Antriebsverbund durch seine höhere Funktionalität so komplex, dass sich diese drehzahlvariablen Antriebe weniger einfach integrieren und zeitsparend in Betrieb nehmen lassen. Zudem schlägt sich der erweiterte – und nicht benötigte – Funktionsraum auf die Gerätekosten nieder.

Mechatronische Gesamtlösung

Mit einer neuen mechatronischen Gesamtlösung ist es Lenze gelungen, einen Antrieb zu entwickeln, der sowohl des Problem der Überdimensionierung und des hohen Energieverbrauchs als auch der Komplexität behebt. Speziell auf die Fördertechnik zugeschnitten, bietet die Kombination aus Lenze Smart Motor und der g500-Getriebereihe die Auslegungsvorteile eines Servosystems mit der bekannten Einfachheit ­eines Netzmotors.

Die Servo-Eigenschaften fußen vor allem auf der aus diesen Applikationen bekannten Überlastfähigkeit. Sie macht den Weg frei, die hohen Anlaufmomente bei Beschleunigen verlässlich zu liefern – bei gleichzeitig kleiner und kompakter Auslegung für den Dauerbetrieb. Weitere Vorteile ergeben sich in Kombination mit den feinen Drehmomentabstufungen zur besseren Anpassung der g500-Getriebe an die Anforderungen. Damit diese Varianz nicht auf Kosten der Usability geht, können Anwender bis zu fünf unterschiedliche Drehzahlen ganz einfach per Smartphone-App vorgeben.

Technisch betrachtet, liegt der Kern der Innovation in der Mechatronik, weil neue elektronische Funktionen auf die richtige Art und Weise und am richtigen Ort mit einem Standard-Drehstrommotor verbunden wurden. Die Elektronik hat die Aufgabe, die hohen Anlaufmomente in der Fördertechnik durch eine vierfache Überlastfähigkeit des Nennmomentes verlässlich zu liefern. Dieser Effekt verhindert unter dem Strich die Nachteile einer dauerhaften Überdimensionierung. Dieser Zusammenhang bringt neben der steigenden Energieeffizienz weitere handfeste Vorteile mit sich.

Dichter am Betriebspunkt

Weil sich Motoren durch dieses Verhalten kleiner auslegen lassen, sind kompaktere Motoren mit weniger Leistung auswählbar. Die niedrigere Nennleistung bringt weiter den Vorteil mit sich, dass die Motoren im konstanten Fahrbetrieb dichter an ihrem optimalen Betriebspunkt sind und deshalb mit weniger Verlusten drehen – unterstützt von einer von Lenze entwickelten zusätzlichen Energiesparfunktion. Lenze hat bei der Konstruktion der mechatronischen Einheiten darauf geachtet, dass die Baugrößenvorteile kleinerer Motoren nicht von einem überdimensionierten Klemmenkasten aufgehoben werden. Folglich fällt auch das Umrüsten von bestehenden Anlagen leicht, weil keine konstruktiven Hemmnisse zu erwarten sind.

Auf diese Weise sind bestehende Anlagen leichter zu modernisieren und mit Blick auf künftige Anforderungen an die umweltgerechte Gestaltung von Elektromotoren umzurüsten. Gerade in der Logistik mit gestiegenen Ansprüchen an Energieeffizienz, in Verbindung mit schärferen gesetzlichen Regulierungen, sind die Motoren in den vergangenen Jahren verstärkt ins Rampenlicht der Entwicklung getreten.

Das mehr an Kupfer in den Wicklungen für IE2 oder IE3 hat die sparsameren Motoren allerdings größer und teurer ­gemacht. Die Kombination mit Frequenzumrichtern zur ­bedarfsgerechten Drehzahlsteuerung bringt zwar ebenfalls bessere IE-Einstufungen mit sich, bedeutet in einer Fülle von Anwendungen des Materialflusses aber das bekannte „mit Kanonen auf Spatzen schießen“.

Netzmotor ade

Mit der mechatronischen Einheit aus Lenze Smart Motor und dem Getriebe g500 bietet Lenze den Anwendern einen intelligenten Weg, einfach die Antriebsaufgaben für horizontale Fördertechnik zu realisieren und den herkömmlichen Netzmotor abzulösen. Durch einen hohen Getriebewirkungsgrad von mindestens 94 Prozent, gepaart mit der exakten und damit energiesparenden Dimensionierung des Lenze Smart Motors, verbessert diese Antriebslösung zudem die Energieeffizienz des gesamten Antriebssystems. Die Drehzahl des Motors ist per Lenze-App und NFC-fähigem Smartphone einstellbar und bewirkt, dass sich die Variantenvielfalt um bis zu 70 Prozent reduziert. Verringerte Lagerhaltung und weniger Aufwand für Engineering und Bestellvorgänge reduzieren nachhaltig die Kosten, da das aufwändige Variantenmanagement entfällt.

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