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Gut ausgebildet für den internationalen Markt

| Autor/ Redakteur: Shen, Limin, und Peter F. Brosch* / Reinhard Kluger

„Update“ im Maschinenlabor der Zhejiang University of Science and Technology (ZUST)

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Zhejiang University of Science and Technology.
Zhejiang University of Science and Technology.
(Brosch)

Seit 1980 kooperiert die Zhejiang University of Science and Technology (ZUST) mit der Hochschule Hannover. Die Gesellschaft für Technische Zusammenarbeit (GTZ) leistete Aufbauhilfe, in dem sie die Ausstattung eines Antriebslabors mit zwei Maschinensätzen und entsprechender Energieversorgung zur Verfügung stellte. Für die Standard-Ausbildung wurde ein Maschinenlaboratorium mit vier Versuchsplätzen eingerichtet, das seinerzeit elektronisch mit Spendengeräten von Lenze und Siemens ausgerüstet wurde. Um die heute notwendige ganzheitliche Ausbildung in der Antriebstechnik im Zeichen von Industrie 4.0 zu gewährleisten, wurde ein weiteres Labor für Automatisierung aufgebaut. 10 Siemens Laborarbeitsplätze mit SPS-Geräten, Umrichter- sowie Positionierantrieben (Siemens) ergänzten die Ausbildungskapazität. Wegen der stark angestiegenen Studentenzahl musste das Grundlagenlabor nun erweitert werden. Um den neuesten Stand der Ausbildung zu gewährleisten, konnten die Firmen Lenze und Siemens wieder zu Spenden – diesmal für acht Prüfstände – gewonnen werden. Bei der Beschaffung und der Integration in den Laborbetrieb leistete Hannover wieder Hilfestellung. Über die Eingliederung der Geräte wird nun berichtet.

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„Update“ mit Spenden-Elektronik

Zwei Umstände verlangen allgemein von den Hochschulen ein „Update“ der vorhandenen Einrichtungen: die stark steigenden Studentenzahlen und die rasche Weiterentwicklung der eingesetzten Geräteelektronik. Ein weiterer Grund ist die Tatsache, dass auch in China bei Neuinstallationen die Zahl der mit Elektronik – Sanftstartern oder Frequenzumrichtern – gespeisten Elektroantriebe stark zunimmt. Die Hochschule trägt dem Umstand Rechnung und passt die praktischen Ausbildungsmöglichkeiten entsprechend an. Dazu werden die hoch willkommenen deutschen Spendengeräte in das vorhandene Laborsystem des Maschinenlabors integriert.

a: angepasste Einschübe für das Laborsystem. b: Stromrichter-Geräte mit Bedienmöglichkeiten
a: angepasste Einschübe für das Laborsystem. b: Stromrichter-Geräte mit Bedienmöglichkeiten
(Brosch)

Realisierung

Drehstromasynchronmotoren sind weltweit immer noch die am häufigsten eingesetzten Motoren – quasi die Arbeitspferde der elektrischen Antriebstechnik. Daher ist es besonders wichtig, dass jeder Studierende das Anlauf- und Betriebsverhalten dieses Motors theoretisch kennt und sich darüber hinaus praktische Kenntnisse im Labor erarbeitet hat. Mit diesem Ziel wurden die neuen Einschübe für die Elektronik geplant. Bild 1 zeigt die angepassten Geräteeinschübe bestückt mit den neuen elektronischen Geräten für Untersuchungen des Anlaufverhaltens von Drehstromasynchronmotoren. Mit diesen Einschüben können jetzt vier wichtige Versuche realisiert werden (Bild 2a)

  • 1. 1. Direktanlauf (Direct on Line, DOL)
  • 2. 2. Y-D-Anlauf
  • 3. 3. Sanftanlauf und
  • 4. 4. Umrichteranlauf

Die gespendeten Geräte aus aktueller Produktion gestatten den praxisnahen Umgang mit der Technik. Anstatt an Blindschaltbildern zu arbeiten – die in der Industrie-Praxis selten vorkommen – wird direkt an den Stellmöglichkeiten und Anzeigen der Geräte gearbeitet und so Praxis vor Ort erfahren. Das setzt natürlich eine entsprechende theoretische Vorbereitung voraus. Dafür wird aber den Studierenden die industrielle Praxis direkt in der Hochschule geboten und der spätere Praxisschock, wenn echte Geräte zu handhaben sind, umgangen.

a: Geräteeinschub für vier Anlaufverfahren von Drehstromasynchronmotoren. b: Hochlaufdiagramm mit Sanftstarter(1) und Umrichter (2) jeweils Motorstrom und Drehzahl
a: Geräteeinschub für vier Anlaufverfahren von Drehstromasynchronmotoren. b: Hochlaufdiagramm mit Sanftstarter(1) und Umrichter (2) jeweils Motorstrom und Drehzahl
(Brosch)

Mit den jetzt integrierten Siemens Sanftstartern der neuesten Generation, kann man die verschiedenen realen Möglichkeiten beim An- und Auslauf der Asynchronmaschinen bereits im Rahmen des Praktikums untersuchen. Mit dem neuen Lenze Frequenzumrichter kann man die verschiedenen Möglichkeiten beim Anlauf und Betrieb mit Drehzahlverstellung beim Asynchronmotor demonstrieren und sofort vergleichend zu den anderen Verfahren messen.

Aktuelle Messungen und Projekte

Um den Vorteile beim Einsatz von Sanftstartern gegenüber den beiden Standardverfahren (DOL und Y-D) zu demonstrieren, wurden die Messwerte beim Hochlauf eines Drehstromasynchronmotors mit Kurzschlussläufer aufgezeichnet (Bild 2b).

Mit den neuen Möglichkeiten, die die Elektronik liefert, sollen Studien und Diplomarbeiten zu drehzahlvariablen Antrieben für Pumpen- und Lüfterantriebe durchgeführt werden, bei denen zunächst das Anlaufverhalten erfasst und verglichen wird. Durch eine Belastungsmaschine können weiterhin verschiedene Lastfälle simuliert werden. Die gewonnenen Ergebnisse lassen sich z.B. leicht auf Kompressor-, Pumpen- und Lüfterantriebe der Praxis übertragen.

Erweiterung

Die industrielle Praxis im Zeichen des Zukunftsprojekts „Industrie 4.0“ fordert das Zusammenspiel der verschiedenen Komponenten der Antriebstechnik einschließlich der Überwachung durch Software. Die hierarchielose Integration der horizontalen Wertschöpfungskette benötigt eine Vernetzung, die mit kleinen übersichtlichen Einheiten geübt werden kann. So werden die prinzipiellen Steuermöglichkeiten der elektrischen Antriebe durch eine Speicher Programmierbare Steuerung (SPS) mit komplexeren Antrieben in einem weiteren Labor angeboten (Bild 3). Durch verschiedene Programme können Steueraufgaben eines Antriebssystems – als Simulation eines Hightech-Systems – überschaubar realisiert werden. Durch Belastungsmaschinen mit linearer Lastkennlinie können Pumpen- und Lüfterlasten simuliert werden. Die Steuerung ermöglicht diverse Lastprofile und gestattet die vergleichende Erfassung des unterschiedlichen Energieeinsatzes. Eine andere Möglichkeit ist der Einsatz von Servoantrieben zum Positionieren bei Bearbeitungsmaschinen durch kleine XY-Verfahreinheiten.

SPS-Labor für den „ganzen“ Antrieb als Standardlösung (a) oder als Positionierantrieb (b) Positionierantriebe bei Bearbeitungsmaschinen
SPS-Labor für den „ganzen“ Antrieb als Standardlösung (a) oder als Positionierantrieb (b) Positionierantriebe bei Bearbeitungsmaschinen
(Brosch)

Dank: Auch im Namen der Hochschule danken die Autoren den Firmen Lenze, Aerzen, und Siemens, Amberg, für die Gerätespenden.

Eingesetzte Geräte (*Spenden)
Eingesetzte Geräte (*Spenden)
(Brosch)

* Dipl.-Ing. Shen, Limin, ist Hoher Laboringenieur am ZUST in Hangzhou in der Fakultät für Elektrotechnik, Prof. Prof. h. c. mult. Dr.-Ing. Peter F. Brosch, Fakultät für Elektro- und Informationstechnik, Fachgebiet Antriebe.

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