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Antriebskonzept Den Spagat zwischen Energieeffizienz und Antriebsvarianten schaffen

| Redakteur: Karin Pfeiffer

Energieeffizienz oder Variantenreduzierung? Die beiden Kennziffern schließen sich nicht aus, wenn das Antriebskonzept stimmt. Das gilt auch für große Intralogistikprojekte, in denen unterschiedlichste Ansprüche zu erfüllen sind, wie Nord Drivesystems weiß.

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Im Logidrive-Antrieb steckt ein IE4-Synchronmotor, ein zweistufiges Kegelstirnradgetriebe sowie ein Nordac Link-Feldverteiler.
Im Logidrive-Antrieb steckt ein IE4-Synchronmotor, ein zweistufiges Kegelstirnradgetriebe sowie ein Nordac Link-Feldverteiler.
(Bild: Nord Drivesystems)

Wenn es um die Lebenszykluskosten von Antriebslösungen (Total Cost of Ownership/TCO) geht, sitzen die beiden größten Hebel beim Energieverbrauch und der Anzahl der eingesetzten Antriebsvarianten. Wie sich diese beiden Spannungsfelder in Einklang bringen lassen, erläutert Nord Drivesystems:

Konzipiert man eine Anlage mit Antrieben, die jeweils auf den energieeffizientesten Arbeitspunkt ausgelegt sind, so fallen die reinen Investitionskosten optimal aus und die Motoren laufen unabhängig von ihrer Effizienzklasse vergleichsweise energieeffizient. Im Gegenzug müssen hierfür aber über den gesamten Lebenszyklus der Anlage viele verschiedene Antriebsvarianten verwaltet und gewartet werden. Gerade große Intralogistikprojekte müssen verschiedene konkurrierende Ansprüche unter einen Hut bringen.

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So werden Förderbänder für Flughäfen, Warenlager und Paketzentren häufig auf die zu erwartende Maximallast und folglich mit entsprechenden Sicherheitsfaktoren ausgelegt. Hieraus resultiert meist eine zu groß dimensionierte Antriebsauswahl. Im Realbetrieb wird bei solchen Anlagen die Maximallast jedoch nur mit einem geringen Anteil der beförderten Ladungseinheiten erreicht. Das Resultat einer solchen Auslegung ist, dass die Antriebe die meiste Zeit im Teillastbereich arbeiten.

Wenn Antriebe die meiste Zeit im Teillastbereich arbeiten

Der Schlüssel zum Kompromiss? Nord Drivesystems setzt auf ein individuell zugeschnittenes Antriebskonzept auf Basis der Branchenlösung Logidrive. Mit den standardisierten IE4-Getriebemotorvarianten Logidrive haben die Norddeutschen eine leistungsstarke und zukunftsorientierte Antriebstechnik im Programm, die die Effizienz steigert und gleichzeitig die Varianten reduziert. Das Resultat: ein ausbalancierter Kompromiss aus Investitions-, Betriebs- und Wartungskosten.

Auch bei Antriebsvarianten gilt: Weniger ist mehr

Während ein Antriebskonzept mit dem Fokus auf die Einsparung von Energiekosten zu einer Vielzahl an Varianten führt, hat eine Variantenreduzierung genau das Gegenteil zum Ziel – nämlich die erforderlichen Drehmomente und Drehzahlen in einer Anlage mit möglichst wenig Antriebsvarianten abzudecken. Eine Variante ist dabei eine Kombination aus Getriebe, Motor und Frequenzumrichter, die in unterschiedlichen Baugrößen und Übersetzungen vorkommen. Varianten lassen sich reduzieren, indem für einen bestimmten Last- und Drehzahlbereich nur noch eine Getriebemotor- und Frequenzumrichter-Baugröße eingesetzt wird. Für kleinere Leistungsanforderungen oder andere Drehzahlbereiche kann diese Antriebseinheit dann, gesteuert durch den Frequenzumrichter, alle erforderlichen Betriebspunkte abdecken.

Buchtipp

Das Buch Antriebsauslegung hilft bei der Auswahl der wesentlichen Bestandteile elektrischer Antriebssysteme: Motor, Getriebe, Stellgerät, Netzversorgung sowie deren Zusatzkomponenten. Auch auf die Berechnung wird intensiv eingegangen.

Um möglichst viele Applikationen mit einer Variante zu bedienen kommt es im Zuge der Variantenreduzierung mitunter zu einer gezielten Überdimensionierung einiger Antriebe. Je weiter weg ein Antrieb jedoch von seinem optimalen Arbeitspunkt läuft, desto schlechter wird sein Wirkungsgrad und damit die Energieeffizienz, da sich die Energieaufnahme hierdurch zwangsläufig erhöht.

Den Spagat mit IE4-Synchronmotoren schaffen

Mit Logidrive will Nord die Vorteile beider Optimierungsstrategien nutzen. Sie bestehen aus einem IE4-Synchronmotor mit Nennleistungen von bis zu 5,5 kW, einem zweistufigen Kegelstirnradgetriebe sowie einem motornah installierten Nordac Link-Frequenzumrichter.

Den Spagat zwischen energieeffizientem Betrieb und einem Minimum an Antriebsvarianten schaffen die Logidrive-Systeme vor allem durch den Einsatz von IE4-Synchronmotoren. Dank PMSM-Technik (Permanentmagnet Synchron Motor-Technik) haben die Motoren einen hohen und relativ konstanten Wirkungsgrad über einen weiten Drehzahl- und Drehmomentbereich und bieten so auch in Teillast- und Teildrehzahlbereichen eine optimierte Energieverbrauchsperformance – ein klarer Vorteil gegenüber herkömmlicher IE1-, IE2-, oder IE3-Asynchrontechnik.

Dadurch sind sie in diesen Betriebspunkten nicht nur energiesparender, sondern helfen auch die Wirkungsgrade trotz einer Überdimensionierung durch Variantenreduzierung auf einem hohen Niveau zu halten. Im Resultat bleiben die Gesamtbetriebskosten gering.

Nur ein Motortyp? Umrichter regeln das

Die Frequenzumrichter in Logidrive-Systemen können die Antriebsgeschwindigkeit über einem Frequenzbereich von 25 bis 70 Hz regeln. Kombiniert man mit der guten Überlastfähigkeit der Motoren, kann statt verschiedener Motorbaugrößen nur ein einziger Motortyp eingesetzt werden. Dieser wird je nach Leistungsanforderung von seinem Umrichter mit unterschiedlichen Frequenzen betrieben. In einem konkreten Nord-Projekt ging es um den Gepäcktransport an einem Flughafen. Dort wurden 700 Antriebseinheiten für Förderbänder gebraucht, für Gepäckstücke mit maximal 50 kg. Ohne Variantenreduzierung wären 58 verschiedene Antriebskonfigurationen erforderlich. Nord reduzierte auf elf, davon entfielen acht Varianten auf die Lösung Logidrive.

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