Energie lässt sich an allen Stellen im Arbeitsprozess sparen. Bei Handhabungsaufgaben gelingt dies aber nur durch eine gesamtheitliche Analyse. Die energieeffiziente Auslegung von Anlagen hilft auch, die Kosten zu optimieren.
Fehlauslegungen ziehen Energieverschwendung nach sich. Vermeiden lässt sich dies durch die richtige Auswahl der Komponenten und die ganzheitliche Konzeption von Maschinen und Anlagen. Bereits bei der Auslegung von elektrischen Antriebslösungen werden oft Energieverschwendungen einkonstruiert, etwa wenn die einzelnen Komponenten wie Antriebsmechanik, Getriebe und Motor getrennt ausgelegt werden. Hier wird mit Sicherheitsfaktoren in der Größenordnung von 1,3 bis 2 konstruiert, um alle Eventualitäten abzudecken. Dadurch wird der Motor oft doppelt so groß gewählt, wie notwendig – nicht selten nimmt dabei der Wirkungsgrad um über 50 % ab.
Eine weitere Gefahr: Wird nur der Wirkungsgrad einer bestimmten Technik betrachtet, ohne die weiteren elektrischen Komponenten einzubeziehen, geht man häufig von falschen Annahmen aus. Denn bei elektrischen Antriebslösungen müssen neben Achsmechanik, Zahnriemen, Gleitspindel oder Kugelspindel auch das Getriebe, der Servomotor und der Motorcontroller bedacht werden – der Gesamtwirkungsgrad berechnet sich aus der Multiplikation der Einzelwirkungsgrade. Um den Anwender bei der Auswahl der bestmöglichen Lösung zu unterstützen, übernimmt jetzt die Software „Positioning Drives“ die Berechnung (siehe Kasten).
Häufig werden in der Handhabungs- und Automatisierungstechnik nur Positionierbewegungen wie das Einlegen eines Teils zum Bearbeiten in eine Maschine benötigt. Oft muss dabei eine Position gehalten werden, und der elektrische Antrieb verbleibt in Regelung, ohne eine Arbeit zu verrichten. Um während der Stillstandzeit möglichst wenig Energie zu verbrauchen, eignen sich Gleitgewindetriebe, die selbsthemmend ausgeführt werden. Sie können eine Position lange halten, ohne dafür Energie zu benötigen, so dass der Wirkungsgrad nahe beim Optimum liegt – so wie der Antrieb DNCE mit Gleitgewindetrieb von Festo. Er beschleunigt sanft und stick-slip-frei, seine Positionierung ist frei programmierbar. Den neuesten Stand bei elektrischen Stellantrieben verkörpern die neuen Achsen vom Typ DMES mit Trapezgewindespindel. Sie zeichnen sich durch kompakte Abmessungen bei hohen Tragzahlen und hohen mechanischen Momenten aus – bei einer Vorschubkraft von bis zu 1000 N.
Da elektrische Antriebssysteme am effizientesten bei ihrer Nennleistung betrieben werden, sollte dort auch ihr Arbeitspunkt liegen – Übertragungsverluste zwischen Motorcontroller und Last sollten so klein wie möglich sein. Erreichen lässt sich dies durch möglichst kurze Leitungen zwischen Motorcontroller und Motor. Ein hocheffizienter Motorcontroller wie der CMMP-AS zusammen mit den Servomotoren EMMS bietet zusätzliche Optimierungspotenziale. Auch das Vermeiden von mechanischen Kraftübertragungskomponenten trägt zur effizienten Nutzung bei. Hier achtet Festo bereits in der Konstruktion darauf, dass bei Standardachsen Motoren ohne Getriebe für die meisten Anwendungsfälle ausreichend sind.
Dipl.-Ing. Jürgen Kühnle Festo AG & Co. KG
Fix berechnet
Um den Anwender bei der Auswahl der optimalen Lösung und der zugehörigen Komponenten zu unterstützen, übernimmt eine Software die Berechnung. „Positioning Drives“ errechnet schnell und zuverlässig die Belastungskennwerte für den ausgewählten Antrieb – in maximal vier Arbeitsschritten! Applikationsparameter und benötigte Zykluszeiten eingeben, Fahrzyklen bearbeiten und das gewünschte Lösungspaket auswählen: Danach gibt das Programm die Detailergebnisse wie Motorkennlinie, Systemdaten, Produktdaten und Stückliste aus. Der Anwender kann diese einfach für Bestellung und Maschinendokumentation verwenden.
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