Back to top
22 Nov 2010

Clever kombiniert: Energie sparen und flexibler werden mit Kollmorgen-Servomotoren und Servoverstärkern

Düsseldorf - Mit seinen AKM-Motoren bietet Kollmorgen eine außerordentlich energieeffiziente Lösung an, die sich vor allem in hochdynamischen Anwendungen oft schon innerhalb eines Jahres rechnet. Die Synchronservomotoren des Unternehmens erfüllen mit IE4 die höchste der Wirkungsgradklassen nach der neuen Norm IEC 60034-30. Sie benötigen im Schnitt 30 % weniger Energie als traditionelle Asynchronmotoren, und auch gegenüber konventionellen Synchronservomotoren punkten sie mit ihrer überragenden Effizienz. Noch besser wird die Energiebilanz der AKM, wenn sie mit dem vielseitigen Advanced Kollmorgen Drive (AKD) kombiniert werden. Mit einem solchen Servosystem lässt sich der Energiebedarf um mehr als 40 % senken. Pro Achse und Jahr sind Einsparungen von bis zu 1.000 Euro möglich.

Energieeffizienz-Lösung mit über 40 % geringerem Energiebedarf und 100 % mehr Flexibilität

Dass die AKM-Motoren so viel effizienter sind als Asynchronmotoren, liegt unter anderem an integrierten Permanentmagneten. Anders als bei nicht synchronen Lösungen wird durch dieses Merkmal keine Extraenergie für die Bildung eines elektrischen Magnetfeldes benötigt. Erheblich im Verbrauch bemerkbar macht sich zudem die wesentlich geringere Massenträgheit der AKM-Lösungen. Sie ist mitunter zehnfach kleiner als bei Asynchronmodellen, so dass zur Beschleunigung auch nur ein Zehntel der Energie benötigt wird. Bei Anwendungen mit häufig wechselnden Drehzahlen lassen sich manche Parameter gegenüber Asynchronlösungen um bis zu 50 % verbessern, wie ein Beispiel aus der Werkzeugmaschinenbranche belegt: Bei einem Mehrspindeldrehautomaten mit 38 Achsen reduzierte sich die aufgenommene Leistung von 5,36 kW auf 3,12 kW, die Wärmeleistung der Motoren sank von 2,7 kW auf 1,3 kW.

Aufgrund hoher Leistungsdichte, kleinem Trägheitsmoment und geringem Cogging erreichen die AKM-Motoren einen Wirkungsgrad, mit dem sie sich auch gegenüber konventionellen Synchronservomotoren eindrucksvoll abgrenzen. Bei gleicher Leistung sind sie 30 bis 50 % kompakter und 10 bis 30 % leichter, was kleinere, leichtere Maschinen mit verbesserter Wärmeabfuhr, Haltbarkeit, Verfügbarkeit und Performance ermöglicht. Zudem stehen acht unterschiedliche Baugrößen mit vielen Wicklungsvarianten und optionalen Rückführsystemen zur Verfügung. Durch die Überlappung der Stillstandsmomente und Nenndrehzahlen ist eine feine Abstufung des Leistungsbedarfs und damit eine sehr genaue Auslegung möglich. Überdimensionierte, unnötig viel Energie verbrauchende Motoren, die noch immer weit verbreitet sind, lassen sich so vermeiden.

Werden AKM-Motoren mit dem Servoverstärker AKD von Kollmorgen kombiniert, kann die Energieeffizienz einer Antriebslösung weiter gesteigert werden, wie vergleichende Testreihen gezeigt haben. Der Grund hierfür liegt vor allem in einer verbesserten Regelung: Im AKD hinterlegte Motordaten sowie Regelalgorithmen bewirken – neben höherer Präzision und Produktivität – auch einen bedarfsgerechten Energieabruf. Weiterhin lässt sich durch eine DC-Bus-Kopplung Energie aus den Zwischenkreisen zurückgewinnen, die beim Bremsen zwischengespeichert wurde. Besonders effektiv ist eine derartige Zwischenkreiskopplung, wenn mehrere Antriebe intelligent aufeinander abgestimmt werden. Weitere Einsparungen lassen sich durch Einsatz eines Kapazitätsmoduls realisieren, das von Kollmorgen angeboten wird. Das Modul speichert die Energie generatorisch arbeitender Achsen.

Ein Rechenbeispiel zeigt, welch beeindruckende Kosteneinsparungen mit hocheffizienten Antriebslösungen möglich sind: Eine Senkung des Energiebedarfs um 780 Watt entspricht bei 16 Betriebsstunden der Maschine pro Tag und 250 Arbeitstagen einer Energieeinsparung von 3.120 kWh im Jahr. Bei einem Lebenszyklus der Maschine von 8 Jahren sind das 24.960 kWh. Bei einem Strompreis von 15 Cent pro kWh werden so 3.744 Euro pro Achse eingespart.

Asynchronmotoren der neuen Wirkungsgradklasse IE 1 sind aufgrund ihrer Ineffizienz zuletzt in den Fokus der EU geraten: Ab dem 16. Juni 2011 dürfen sie im Leistungsbereich 0,75 kW bis 375 kW nicht mehr auf den EU-Markt gebracht werden.