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Kollmorgen Zentrale Servotechnik oder dezentrale Architektur?

| Autor / Redakteur: Dr. Arne Linder / Reinhard Kluger

Dezentral im Prozess platzierte Servoumrichter – ob losgelöst vom Motor oder als integrierte Lösung – sind nicht immer per se die bessere Lösung. Oft ist die zentrale Architektur die bessere Entscheidung.

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Für Maschinen der Verpackungs- und Lebensmittelindustrie sind platzsparende und modular aufgebaute Antriebslösungen gefragt. Dezentrale Servotechnik unterstützt diesen Trend.
Für Maschinen der Verpackungs- und Lebensmittelindustrie sind platzsparende und modular aufgebaute Antriebslösungen gefragt. Dezentrale Servotechnik unterstützt diesen Trend.
(Kollmorgen)

Es scheint wie so oft im Leben: Die Frage nach dem A oder B wird mit C beantwortet. Vergleichbar gestalten sich die Diskussionen über die dezentrale und zentrale Servotechnik im Maschinenbau - und die damit verbundene Frage nach dem richtigen System. Im Vergleich zur horizontalen Fördertechnik, bei der dezentrale Frequenzumrichter seit Jahren im Einsatz sind, bestimmt bei Applikationen mit hochdynamischer und präziser Motion-Control nach wie vor zentrale Servotechnik die Optik im Maschinenbau.

Robuste Technik

Die dezentrale Servotechnik schließlich folgt dem Grundprinzip, dass die Motorregelung aus dem zentralen Schaltschrank heraus löst, um diese Aufgabe räumlich direkt einem Prozess zuzuordnen. Diese Architektur macht robuste Technik mit hoher Schutzart notwendig und kommt häufig bei räumlich verteilten Einzelachsen zum Einsatz. Die Vorteile liegen vor allem beim geringeren Installationsaufwand insbesondere in puncto Motorkabel. Zwei weitere Vorteile sind das bessere EMV-Verhalten sowie die großflächige Verteilung der Verlustwärme, was den Aufwand für Schaltschrankklimatisierungen entsprechend reduziert.

Die Einsparpotenziale ermitteln

Die Einsparpotenziale der dezentralen Technik werden anhand einer realen Maschine mit acht Positionierachsen aus dem Bereich „Metallforming“ deutlich. Bisher war der zentrale Aufbau gekennzeichnet von Schaltschrankumrichtern, geschirmten Kabeln zwischen Motoren und Reglern sowie einer weiteren Leitung für das Rückführungssystem. Die erste Achse ist fünf Meter vom Schaltschrank entfernt, jede weitere drei Meter weiter. Der Verkabelungsaufwand summiert sich bei den acht Positionierachsen auf 248 Meter. Ist stattdessen die Kombination aus dem Kollmorgen-Versorgungsmodul AKD-C im Schaltschrank zusammen mit acht dezentralen Servoreglern vom Typ AKD-N im Einsatz, reduziert sich die Länge auf 34 Meter.

Effizienzgewinne ermitteln

Zusammengerechnet bringt der Einsatz der dezentralen Servoregler allein bei der Installation eine Ersparnis von 86 Prozent - von 248 auf 34. Diese Zahlen lassen eine Vorstellung zu, welche Effizienzgewinne gerade bei OEMs in puncto Kabelkosten, Montage und Installation möglich sind. Noch gravierender fallen diese aus, wenn die Achsen zusätzliche I/Os aufweisen. Statt 372 Metern werden dann nur noch 42 Meter benötigt - was Einsparungen von 89 Prozent entspricht.

Die Kosten sinken

Ein weiterer Gewinn der Verlagerung der Antriebe in die Maschine resultiert aus dem Minus an Verlustleistung im Schaltschrank. Dieser Effekt sorgt für einen Minderbedarf an Klimatisierung - und sorgt damit direkt für Einsparungen sowohl beim OEM als auch beim Endkunden. Da eine Schaltschrank-Klimaanlage geringer dimensioniert werden kann oder sogar komplett entfällt, sinken die Kosten für Hardware und den späteren Betrieb - was letztlich auch die Energieeffizienz steigert. Eine zweite Möglichkeit, um Antriebe dezentral in einer Anlage zu platzieren, bieten integrierte Lösungen. Hierbei handelt es sich um Einheiten aus Motor und Servoumrichter, die ohne gesonderte Leitungsverbindung dazwischen zum Einsatz kommen. Dieser Vorteil bringt in der Praxis allerdings auch Nachteile mit sich.

Hybride Ansätze

Hybride Ansätze - die so genannten «Huckepack-Lösungen» - werfen bei der Auslegung der Antriebe immer die Frage auf, wie hoch das Derating ausfällt. Hierbei ist zu wissen, dass ein Wechselrichter seine Leistung immer mehr reduziert, je höher die Umgebungstemperatur ansteigt. Damit schützt sich das Bauteil selbst vor Überhitzung. Dieser Zusammenhang sorgt in der Praxis dafür, dass Motoren größer als notwendig ausgelegt werden müssen. Fördern typische Servoantriebsaufgaben wie das schnelle Beschleunigen und Abbremsen beim Positionieren die Verlustleistung, kann die dabei entstehende Wärme zu einem echten Problem bei der Auslegung hybrider Lösungen werden. Die Einheiten bekommen schlicht Probleme dabei, die Wärme effektiv abzugeben.

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