So können Sie die Effizienz von Bewegungssteuerungen steigern

So können Sie die Effizienz von Bewegungssteuerungen steigern

Durch die Steigerung der Effizienz einer Bewegungssteuerung können nicht nur erhebliche Energieeinsparungen, sondern auch Produktivitätssteigerungen erreicht werden, da die Zuverlässigkeit des Systems so erhöht wird.

Bei der Optimierung der Effizienz einer Bewegungssteuerung müssen zwei Bereiche berücksichtigt werden. Zunächst müssen die Produkte beurteilt werden, aus denen das System besteht. So machen Fortschritte bei der Motorkonzeption beispielsweise die Verwendung neuer Magnetmaterialien möglich. Zweitens muss gewährleistet sein, dass ein Wartungsprogramm (vorbeugende Wartung) vorhanden ist, da der Verschleiß von Bauteilen wie Zahnrädern die insgesamt erreichte Effizienz beeinträchtigt.

Beschreibung einiger Komponenten des Systems:

Motoren

Eine der größten Verbesserungen kann durch die Installation eines Motors mit hohem Wirkungsgrad erzielt werden. Auch wenn die Kosten täuschen können: Die tatsächlichen Energiekosten, die während der Lebensdauer des Motors anfallen, sind bei Weitem die höchsten Kosten (de facto machen die während der Lebensdauer des Motors anfallenden Energiekosten über 95 % der Gesamtkosten aus). Motoren haben sich im Lauf der Jahre weiterentwickelt und erreichen einen höheren Wirkungsgrad, etwa durch ein verbessertes Design, optimierte Produktionsverfahren und bessere Konstruktionsmaterialien. Die internationale elektromechanische Kommission hat die Norm IEC 60034-30-1 eingeführt, in der Wirkungsgrade bzw. Effizienzklassen (IE = International Efficiency) für dreiphasige Induktionsmotoren festgelegt werden.

IE1: Standard Efficiency

IE2: High Efficiency

IE3: Premium Efficiency

IE4: Super Premium Efficiency

IE5: Ultra Premium Efficiency

Motoren mit höherem Wirkungsgrad kosten zwar normalerweise aufgrund der fortschrittlichen Produktionsverfahren und eingesetzten Materialien mehr, doch der optimierte Wirkungsgrad ermöglicht eine größere Energieeinsparung beim Betrieb. Diese Klassen mit steigendem Wirkungsgrad sind für Motoren im Leistungsbereich von 0,12 bis 1.000 kW vorgesehen, auch wenn die Motoren der Klasse IE5 noch nicht streng festgelegt sind. Nach den bislang gemachten Vorschlägen soll der Wirkungsgrad hier rund 20 % höher sein als bei Motoren der Klasse IE4.

Durch die Steigerung der Effizienz einer Bewegungssteuerung können nicht nur erhebliche Energieeinsparungen, sondern auch Produktivitätssteigerungen erreicht werden, da die Zuverlässigkeit des Systems so erhöht wird.

Bei der Optimierung der Effizienz einer Bewegungssteuerung müssen zwei Bereiche berücksichtigt werden. Zunächst müssen die Produkte beurteilt werden, aus denen das System besteht. So machen Fortschritte bei der Motorkonzeption beispielsweise die Verwendung neuer Magnetmaterialien möglich. Zweitens muss gewährleistet sein, dass ein Wartungsprogramm (vorbeugende Wartung) vorhanden ist, da der Verschleiß von Bauteilen wie Zahnrädern die insgesamt erreichte Effizienz beeinträchtigt.

Beschreibung einiger Komponenten des Systems:

Motoren

Eine der größten Verbesserungen kann durch die Installation eines Motors mit hohem Wirkungsgrad erzielt werden. Auch wenn die Kosten täuschen können: Die tatsächlichen Energiekosten, die während der Lebensdauer des Motors anfallen, sind bei Weitem die höchsten Kosten (de facto machen die während der Lebensdauer des Motors anfallenden Energiekosten über 95 % der Gesamtkosten aus). Motoren haben sich im Lauf der Jahre weiterentwickelt und erreichen einen höheren Wirkungsgrad, etwa durch ein verbessertes Design, optimierte Produktionsverfahren und bessere Konstruktionsmaterialien. Die internationale elektromechanische Kommission hat die Norm IEC 60034-30-1 eingeführt, in der Wirkungsgrade bzw. Effizienzklassen (IE = International Efficiency) für dreiphasige Induktionsmotoren festgelegt werden.

IE1: Standard Efficiency

IE2: High Efficiency

IE3: Premium Efficiency

IE4: Super Premium Efficiency

IE5: Ultra Premium Efficiency

Motoren mit höherem Wirkungsgrad kosten zwar normalerweise aufgrund der fortschrittlichen Produktionsverfahren und eingesetzten Materialien mehr, doch der optimierte Wirkungsgrad ermöglicht eine größere Energieeinsparung beim Betrieb. Diese Klassen mit steigendem Wirkungsgrad sind für Motoren im Leistungsbereich von 0,12 bis 1.000 kW vorgesehen, auch wenn die Motoren der Klasse IE5 noch nicht streng festgelegt sind. Nach den bislang gemachten Vorschlägen soll der Wirkungsgrad hier rund 20 % höher sein als bei Motoren der Klasse IE4.

Klicken Sie hier, um ein Beispiel für Wechselrichter-Antriebssysteme von RS anzuzeigen.

Mechanische Komponenten

Das System beinhaltet viele mechanische Bauteile (Kraftübertragung), u. a.  Riemen und Lager, die sich ebenfalls auf die Effizienz auswirken (vor allem bei beginnendem Verschleiß). So erreichen Riemen beispielsweise eine 95%ige Effizienz und eine bessere Leistung bei hohen Drehzahlen; Direktantriebe haben dagegen einen höheren Wirkungsgrad, ihnen fehlt es aber an Drehmoment und hohen Drehzahlen. Folglich ist es unbedingt notwendig, alle Aspekte des Systems während der Konzeptions- und Bauphase zu berücksichtigen.

Instandhaltung

Bei jeder Art von Bewegungssteuerung ist ein Programm für die vorbeugende Wartung unerlässlich, da sämtliche Komponenten des Systems (einschließlich der Motoren) eine bestimmte Betriebslebensdauer aufweisen. Danach können Fehlfunktionen auftreten, die wiederum zu Ausfallzeiten für die Maschinen oder Betriebsabläufe des Werks führen können. Außerdem sinkt auch die Gesamteffizienz der Bauteile während des fortgesetzten Verschleißes. Deshalb ist zusätzlich ein Plan erforderlich, nach dem die Bauteile ersetzt werden, bevor sie das Ende ihrer Lebensdauer erreichen, damit das System zuverlässig und effizient betrieben werden kann.

Lösungen für eine vorbeugende Wartung werden im Zuge technologischer Fortschritte konsequent weiter verbessert, etwa mithilfe von Vibrations- und Wärmesensoren, die Fehlfunktionen kritischer Bauteile prognostizieren können und zum Teil auch einen Datenaustausch und eine Steuerung über industrielle IoT-Systeme (Internet of Things, Internet der Dinge) ermöglichen.