Der Lösungsdesigner hilft schnell und effektiv

Die Auslegung eines Antriebssystems ist üblicherweise ein anspruchsvolles Geschäft, das in der Vergangenheit nur wenigen Spezialisten vorbehalten war. Die Zielsetzung bestand darin, aus einer Anwendung heraus in erster Linie die notwendige Leistung eines Motors rechnerisch zu bestimmen – ergänzt um ein Getriebe und den passenden Antriebsregler aus dem Katalog. Dieser zeitraubende Weg ist einem grundlegenden Wandel unterworfen, der nun von der Unterstützung durch eine softwarebasierte Antriebsauslegung profitiert.

Kostenberechnungen über den Lebenszyklus einer Anlage hinweg sowie Betrachtungen von Lebensdauer und Energieeffizienz haben das Wertegefüge verändert. Es ist die genaue Analyse der Betriebsbedingungen einer Anlage mit dem Grad der Auslastung und der geplanten Lebensdauer, die festlegt, wie die Antriebstechnik optimal auszulegen ist. Lenze folgt diesem Trend mit optimierten Produkten und speziell auf die Lösung abgestimmten Antriebssystemen. Ein Baustein auf dem Weg zur besten Lösung ist die ganzheitliche, softwarebasierte Antriebsauslegung eines Systems mit dem „Drive Solution Designer".

Moderne, innovative Auslegungen betrachten heute keine Einzelkomponenten, sondern Gesamtsysteme. Dazu gehören – z.B. bei einem Getriebemotor – eben nicht nur Drehmoment und -zahl, sondern auch Angaben zur Auslastung, die optimale Anpassung der Massenträgheitsmomente sowie das Überlast- und Störverhalten. So erfüllt ein überdimensionierter Motor mit einem zu großen Getriebe zwar die gesetzten Anforderungen an eine Antriebslösung, treibt aber die Anschaffungs- und Betriebskosten unnötig in die Höhe.

Mit der Software „Drive Solution Designer" (DSD) auf dem Rechner können die Lenze-Ingenieure nun direkt beim Kunden vor Ort individuelle Antriebslösungen einfach und sicher auslegen und auswählen. Das Werkzeug integriert dabei detailliertes Fach- und Produktwissen aus Konstruktion sowie Anwendung und bildet so eine wichtige und umfassende Grundlage, um die vielfältigen Abhängigkeiten zwischen den Komponenten und ihrer Kombinierbarkeit – theoretisch immerhin 1023 – zu bewältigen. Die Software ist dabei konsequent zugeschnitten auf die Praxis. Es gibt kaum eine Anwendung, die nicht im DSD berücksichtigt wurde. Beispiele sind vertikale Förderelemente, Hubantriebe, Riemen-, Omega-, Spindel- und Linearantriebe, Lüfter oder Pumpen.

Hoch dynamischer Hubantrieb als Beispiel

Das Auslegungsbeispiel eines hoch dynamischen Hubantriebs zeigt, wie sich die konkreten Anlagenparameter einfach und direkt in den „Drive Solution Designer" einfügen lassen. Die Abfrage mit vorgefertigten Checklisten erleichtert dabei die Arbeit vor Ort.

Nach der Erfassung und Eingabe aller relevanten Prozessdaten errechnet das Programm den physikalischen Bedarf und alle möglichen technischen Lösungen. Dabei ist es für den Anwender jederzeit möglich, den Auslegungsprozess interaktiv mitzugestalten. In diesem Fall wurde eine Antriebsachse, bestehend aus einem Standard-Getriebemotor in Verbindung mit einem hoch dynamischen Lenze-Servoregler der Reihe ECS, ausgewählt. Ein Widerspruch? Bei Huban-wendungen keinesfalls.

Hubanwendungen haben in der Regel die Aufgabe, große Massen punktgenau mit hoher Dynamik zu transportieren. Vor diesem Hintergrund bestimmen meist Servoregler mit Synchron-Servomotoren das Bild. Die Steuerung übernehmen übergeordnete Positioniersysteme – entweder im Antriebsregler integriert oder auch als zusätzliche Steuerung. Angesichts der Tatsache, dass Servo-motoren auf Dynamik getrimmt sind, fällt das Eigenträgheitsmoment des Motors vergleichsweise klein aus. In fördertechnischen Anwendungen findet man jedoch häufig große zu bewegende Massen, die ihrerseits recht hohe Trägheitsmomente aufweisen. Dieser Zusammenhang führt zu regelungstechnischen Stabilitätsgrenzen. Sie sind dann überschritten, wenn das Verhältnis der Massenträgheitsmomente vom Rotor des Motors, transformiert zur Abtriebswelle des Getriebes und hin zur Last zu groß wird. In einem solchen Fall gibt der DSD sogleich eine Warnung aus. Jetzt wäre es ein Leichtes, dieses Problem durch einen größeren, überdi-mensionierten Servomotor zu lösen.

Viel eleganter und kostengünstiger ist es jedoch, eine Standard-Asynchronmaschine am Servoregler zu betreiben. Nur wenige Hersteller von Servo-Antriebsreglern bieten die-se Möglichkeit. Hintergrund: Standard-Asynchronmotoren verfügen durch ihre Bauweise über ein deutlich größeres Trägheitsmoment als ein Servomotor. Insofern eignet sich diese Kombination ideal dafür, große Massen dynamisch zu bewegen. Der Motor verhält sich ruhiger, gutmütiger und das ohne durch Instabilitäten in den Regelkreisen hervorgerufene Rucke oder Vibrationen im System.

Statische Kennlinien außer Kraft

Diese Vorteile zu nutzen heißt, Antriebsregler zu bauen, die sämtliche elektrischen Komponenten eines Asynchron-Normmotors beherrschen. So lässt sich mit den Lenze-Reihen ECS, 9300 und Servo Drives 9400 beispielsweise die flussbildende Komponente konstant halten und der drehmomentbildende Anteil des Stroms beliebig groß einprägen. Dieses setzt die statischen Kennlinien, die bei einem 400-V-Netz mit 50 Hz gültig sind, völlig außer Kraft. Die Servoregler von Lenze können ein Vielfaches des Kippmoments aus dem Motor herausholen. Nicht die elektrischen, sondern die mechanischen Grenzen – z.B. das Abscheren der Antriebswelle oder die Festigkeit des Rotors – bestimmen hier weitgehend das maximale Abtriebsmoment.

Die Elektronik ist aber nur ein Teil des Systems. Um die generelle Leistungsfähigkeit mit ihren Vorteilen in der Praxis auch wirklich nutzen zu können, muss ein passendes und breites Programm von Getriebemotoren zur Verfügung stehen. So lassen sich die Standard-Asynchron-Getriebemotoren von Lenze einfach mit einem Resolver oder zweispurigen TTL-Geber als Rückführungssystem ausrüsten und damit „fit machen" für den hoch dynamischen, präzisen Einsatzfall.

Aussagen zur Lebensdauer

Zurück zum Drive Solution Designer: Ist die Auslegung des exemplarisch geschilderten Hubantriebs abgeschlossen, wird das Ergebnis ausführlich protokolliert. Zur Dokumentation gehören die Eigenschaften der einzelnen Produkte genauso wie qualitative Aussagen über den Auslastungsgrad des Getriebes, des Motors oder des eingesetzten Servoreglers. Mit Hilfe dieser Daten lassen sich im Anschluss schnell und unkompliziert gesicherte Aussagen über die Lebensdauer der Komponenten vornehmen. Sie werden bei der nächsten Version des DSD ein fester Bestandteil des Updates sein. Derzeit steht der Drive Solution Designer den Lenze-Mitarbeitern in zehn Sprachen zur Verfügung, eine Kundenversion erscheint in Kürze.

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