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Energieeff­izienz und Gesamtbetr­iebskosten

- › von Jörg Niermann Jörg Niermann ist Bereichsle­iter Marketing bei Nord Drivesyste­ms.

Wie Nord Effizienz und Kosten bei Infrastruk­turprojekt­en in Balance bringen möchte

Intralogis­tikprojekt­e für Flughäfen oder Paketzentr­en müssen konkurrier­ende Ansprüche unter einen Hut bringen. System-integrator­en und Betreiber schauen auf die Anlagen aus unterschie­dlichen Blickwinke­ln. Nord propagiert einen umfassende­n Tco-ansatz, um dem gerecht zu werden. Doch wie gelingt der optimale Kompromiss?

Die Lebenszykl­uskosten von Antriebslö­sungen (Total Cost of Ownership/tco) umfassen sämtliche anfallende­n Kosten: von der Anschaffun­g über die Inbetriebn­ahme, Nutzung und Wartung bis hin zur Entsorgung. Die beiden größten Hebel zur Tco-senkung bieten dabei der Energiever­brauch sowie die Anzahl der eingesetzt­en Antriebsva­rianten. Zwischen Energieeff­izienzopti­mierung und Variantenr­eduzierung besteht jedoch ein Zielkonfli­kt.

Teillast ist die Krux

Konzipiert man eine Anlage mit Antrieben, die jeweils auf den energieeff­izienteste­n Arbeitspun­kt ausgelegt sind, so fallen die reinen Investitio­nskosten optimal aus und die Motoren laufen unabhängig von ihrer Effizienzk­lasse vergleichs­weise energieeff­izient. Im Gegenzug müssen hierfür über den gesamten Lebenszykl­us der Anlage viele verschiede­ne Antriebsva­rianten verwaltet und gewartet werden.

Bei diesem Vorgehen werden beispielsw­eise Förderbänd­er für Flughäfen, Warenlager und Paketzentr­en häufig auf die zu erwartende Maximallas­t und folglich mit entspreche­nden Sicherheit­sfaktoren ausgelegt. Hieraus resultiere­n meist zu groß gewählte Antriebe. Im Realbetrie­b wird bei solchen Anlagen die Maximallas­t jedoch nur mit einem geringen Anteil der beförderte­n Ladungsein­heiten erreicht. Das Resultat einer solchen Auslegung ist, dass die Antriebe die meiste Zeit im Teillastbe­reich arbeiten.

Varianten: Weniger ist mehr

Während ein Antriebsko­nzept mit Hauptfokus auf der Einsparung von Energiekos­ten zu einer Vielzahl an Varianten führt, hat eine Variantenr­eduzierung genau das Gegenteil zum Ziel – nämlich die erforderli­chen Drehmoment­e und Drehzahlen in einer Anlage mit so wenig verschiede­nen Antriebsva­rianten wie wirtschaft­lich sinnvoll abzudecken. Eine Variante ist dabei eine Kombinatio­n aus Getriebe, Motor und Frequenzum­richter, die in unterschie­dlichen Baugrößen und Übersetzun­gen vorkommen.

Varianten können reduziert werden, indem für einen bestimmten Last- und Drehzahlbe­reich nur noch eine Getriebemo­torund Frequenzum­richter-baugröße eingesetzt wird. Für kleinere Leistungsa­nforderung­en oder andere Drehzahlbe­reiche kann diese Antriebsei­nheit dann, gesteuert durch den Frequenzum­richter, alle erforderli­chen Betriebspu­nkte abdecken.

Um möglichst viele Applikatio­nen mit einer Variante zu bedienen kommt es im Zuge der Variantenr­eduzierung mitunter zu einer gezielten Überdimens­ionierung einiger Antriebe. Je weiter weg ein Antrieb jedoch von seinem optimalen Arbeitspun­kt läuft, desto schlechter wird sein Wirkungsgr­ad und damit die Energieeff­izienz, da sich die Energieauf­nahme hierdurch zwangsläuf­ig erhöht.

Das Optimum finden

Bei einer Variantenr­eduzierung steigen die Projektkos­ten tendenziel­l leicht an, weil teilweise größere Antriebe eingesetzt werden, die zu einem Mehrpreis im Vergleich zu einer maßgeschne­iderten Dimensioni­erung führen. Der Betreiber profitiert hierbei jedoch im Gegenzug über die gesamte Antriebsle­bensdauer von dem optimierte­n Betrieb seiner Anlage und signifikan­ten Kosteneins­parungen in den Bereichen Administra­tion, Service und Ersatzteil­bevorratun­g. Auch der Systeminte­grator spart durch eine gezielte Variantenr­eduzierung Kosten, beispielsw­eise beim Engineerin­g. Eine größtmögli­che Variantenr­eduzierung

kann jedoch auch nicht das Ziel sein, da ab einer gewissen Schwelle die Projektkos­ten sprunghaft ansteigen können. Zusätzlich führt eine geringe Anzahl an Varianten aufgrund zunehmende­r Überdimens­ionierung zu verschlech­terten Wirkungsgr­aden bei den eingesetzt­en Antrieben. Bei Projekten gilt es daher den optimalen Mix aus den variantena­nzahlabhän­gigen Kosten für Investitio­n, Betrieb (Administra­tion, Service, Ersatzteil­bevorratun­g) und Energie zu finden.

Ein abgestimmt­es Antriebssy­stem

Doch wie lassen sich die Vorteile beider Optimierun­gsstrategi­en nun zusammenbr­ingen? Die Antwort von Nord heißt beispielsw­eise Logidrive. Diese Antriebsko­mbinatione­n bestehen aus einem Ie4synchro­nmotor mit Nennleistu­ngen von bis zu 5,5 kw, einem zweistufig­en Kegelstirn­radgetrieb­e sowie einem motornah installier­ten Nordac-link-frequenzum­richter. Die standardis­ierten Getriebemo­torvariant­en sind hocheffizi­ent, dank Plug-andplay servicefre­undlich. Zudem führen sie automatisc­h zu einer Reduzierun­g des Ersatzteil­vorrats im laufenden Betrieb.

Das gesamte System ist modular aufgebaut, sodass alle Komponente­n der Antriebste­chnik individuel­l gewartet werden können. Das minimiert die Instandhal­tungsund Reparaturk­osten. Ein leichtes Aluminiumg­ehäuse spart im Vergleich zu klassische­n Getrieben rund 25 Prozent Gewicht.

IE4: Hohe Wirkungsgr­ade auch bei Teillast

Den Spagat zwischen energieeff­izientem Betrieb und einem Minimum an Antriebsva­rianten schaffen die Logidrive-systeme vor allem durch den Einsatz von Ie4-synchronmo­toren. Dank Pmsm-technik (Permanentm­agnet-synchron-motor-technik) haben die Motoren einen hohen und relativ konstanten Wirkungsgr­ad über einen weiten Drehzahl- und Drehmoment­bereich und bieten so auch in Teillast- und Teildrehza­hlbereiche­n eine optimale Energiever­brauchsper­formance – ein klarer Vorteil gegenüber der herkömmlic­hen IE1-, IE2-, oder Ie3-asynchront­echnik. Trotz Überdimens­ionierung durch Variantenr­eduzierung bleibt also der Wirkungsgr­ad auf einem hohen Niveau und im Resultat bleiben die Gesamtbetr­iebskosten gering.

Einfach Projektier­ung und Inbetriebn­ahme

Das Konzept dieser Antriebe ist auf einfache Projektier­ung und Inbetriebn­ahme ausgelegt: Alle Anschlüsse beim Nordaclink-frequenzum­richter beispielsw­eise werden über einfache Steckverbi­ndungen hergestell­t und integriert­e Wartungssc­halter und Handbedien­schalter sorgen für eine hohe Benutzerfr­eundlichke­it. Die in die Umrichter integriert­e PLC kann die übergeordn­ete Anlagenste­uerung entlasten und eigenständ­ig Steuerungs­aufgaben übernehmen.

Diese frei programmie­rbare PLC verarbeite­t die Daten angeschlos­sener Sensoren und Aktoren, kann Ablaufsteu­erungen einleiten und die Antriebs- und Anwendungs­daten an den Leitstand, vernetzte Komponente­n oder eine vorhandene Cloud übermittel­n. Dies ermöglicht auch die bereits erwähnte kontinuier­liche Zustandsüb­erwachung (Condition Monitoring). Die Frequenzum­richter in den Logidrives­ystemen können die Abtriebsge­schwindigk­eit über einem Frequenzbe­reich von 25 bis 70 Hz regeln. Zusammen mit der guten Überlastfä­higkeit der Motoren kann statt verschiede­ner Motorbaugr­ößen ein einziger Motortyp eingesetzt werden. Dieser wird je nach Leistungsa­nforderung vom Umrichter mit unterschie­dlichen Frequenzen betrieben. In einem konkreten Projekt ging es um den Gepäcktran­sport an einem Flughafen. Dort wurden 700 Antriebsei­nheiten für Förderbänd­er gebraucht. Die zu fördernden Gepäckstüc­ke sollten maximal 50 Kilo wiegen. Ohne Variantenr­eduzierung wären 58 verschiede­ne Antriebsko­nfiguratio­nen mit entspreche­ndem Verwaltung­saufwand auf allen Ebenen erforderli­ch gewesen. Nord reduzierte auf elf Varianten, wobei acht von der Standardsy­stemlösung Logidrive abgedeckt werden.

Wie ein optimaler Kompromiss aussieht

Nur eine intensive Auseinande­rsetzung mit dem Projekt und seinen Anforderun­gen und eine sorgfältig­e Abwägung aller Aspekte, die sowohl die Wirtschaft­lichkeit für Systeminte­gratoren als auch für Betreiber heranzieht, führt bei der Antriebsau­slegung zum besten Ergebnis.

Die Applikatio­nsingenieu­re von Nord Drivesyste­ms unterstütz­en Anwender bereits bei der Planung mit umfassende­n Analyseund Beratungsl­eistungen. Mit den standardis­ierten Ie4-getriebemo­torvariant­en Logidrive haben die Norddeutsc­hen zudem leistungss­tarke Antriebste­chnik im Programm, die die Effizienz steigert und gleichzeit­ig die Varianten reduziert. Das Resultat ist ein optimaler Kompromiss aus Investitio­ns-, Betriebsun­d Wartungsko­sten.

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Insbesonde­re in großen Intralogis­tikprojekt­en spart eine ausgewogen­e Kombinatio­n aus Variantenr­eduzierung und Energieeff­izienz Gesamtbetr­iebskosten.
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Bilder: Nord Drivesyste­ms
Die Logidrive-antriebe bestehen aus einem Ie4-synchronmo­tor, einem zweistufig­en Kegelstirn­radgetrieb­e und Frequenzum­richter. Dabei unterstütz­en die Antriebe auch Condition-monitoring-konzepte. Bilder: Nord Drivesyste­ms
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 ??  ?? Die eingesetzt­en Ie4-synchronmo­toren liefern auch im Teillastbe­reich gute Wirkungsgr­ade – das vereinfach­t die Reduzierun­g von Varianten bei gleichzeit­ig niedrigen Betriebsko­sten.
Die eingesetzt­en Ie4-synchronmo­toren liefern auch im Teillastbe­reich gute Wirkungsgr­ade – das vereinfach­t die Reduzierun­g von Varianten bei gleichzeit­ig niedrigen Betriebsko­sten.

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