TRENDS » Perspektiven
TRENDS » Perspektiven Bild: Mitsubishi Electric Europe Christian Senger, Senior Product Manager Inverter, Mitsubishi Electric Europe B.V. Industrial Automation, Ratingen »Durch die steigenden Anforderungen durch die Digitalisierung müssen auch Frequen zumrichter immer schlauer werden, um wettbewerbs- und einsatzfähig zu bleiben.« Wessel (Schneider Electric): Innerhalb von IIoT-fähigen Systemarchitekturen bilden die Daten von Frequenzumrichtern eine unverzichtbare Grundlage für effizienzsteigernde und kostensparende Betriebsentscheidungen. Auch für Trendermittlung, Simulationen und vorausschauende Wartung sind die gemessenen Stromwerte essenziell. Entsprechend ist der Leistungsumfang zeitgemäßer Frequenzumrichter über die eigentliche Antriebsaufgabe hinaus erweitert. Themen wie die Einbindung in Ethernet-Netzwerke oder eine immer exaktere Datenerfassung rücken vermehrt in den Fokus. Für eine nahtlose Integration von Frequenzumrichtern in ganzlieren. ABB bietet schon heute Software-Lösungen für die virtuelle Inbetriebnahme ihrer Frequenzumrichter an. Da sich der virtuelle Frequenzumrichter in weiten Teilen wie das echte Gerät verhält, können viele Aspekte der Gesamtlösung bereits in der virtuellen Umgebung getestet werden. Durch Nutzung der Plattform für die virtuelle Inbetriebnahme kann ein Systemintegrator virtuelle Antriebe für eine Offline-Simulation einrichten und Tests an realen Produktionslinien deutlich beschleunigen. Die virtuelle Prüfung und Simulation im Frühstadium eines Projektes ermöglicht dank verkürzter Engineering- Dauer und geringerem Risiko bei der Inbetriebnahme der Hardware Kosteneinsparungen von rund 25 %. Durch die Digitalisierung erfährt Automatisierungs-Hardware zudem eine Anreicherung der traditionellen Eigenschaften durch digitale Features. So werden Frequenzumrichter im Sinne eines Digitalen Zwillings um informationstechnische Aspek- te erweitert. Diese umfassen Metadaten, wie Informationen zu Produkttyp, Einbauort oder Lebenszyklus. Des Weiteren können erfasste Betriebsdaten – historische wie aktuelle – zur Optimierung genutzt werden. Durch die Datentransparenz kann einerseits der Betrieb verbessert werden, andererseits jedoch auch der Frequenzumrichter als Produkt. Die Hersteller von Hardware bekommen durch die gemessenen Daten wertvolle Einblicke in die vielfältigen realen Betriebsbedingungen und entsprechenden Verbesserungspotentiale der Produkte – und können diese Potenziale im Zuge der Produktpflege und -weiterentwicklung heben. Wenneker (KEB Automation): Die voranschreitende Digitalisierung wird Innovationszyklen weiter verkürzen, was als Konsequenz beschleunigte Entwicklungsprozesse erfordert. Dafür ist eine Standardisierung von Hard- und Software notwendig. Bisherige Abläufe in der Gestaltung neuer Produkte müssen zum Beispiel durch Simulationen optimiert werden. Die zunehmend herstellerübergreifend vereinheitlichten Technologien erhöhen zudem die Usability und ermöglicht Zeitersparnis bei Planung und Konstruktion von Maschinen. Außerdem werden dafür Daten und Modelle – etwa digitale Zwillinge – von Antriebskomponenten bereitgestellt, um das Engineering zu vereinfachen und durch moderne Methoden wie virtuelle Inbetriebnahmen zu ergänzen. Für die Software der Drive Controller ergeben sich erhöhte Anforderungen an die Rechenperformance und Speicher, ebenso für die Security zur Absicherung der Kommunikationskanäle. heitliche, digitale Systemarchitekturen sollte zudem die Bereitstellung der Daten in einer einheitlichen und konsistenten Form sichergestellt sein. Das kann beispielsweise über einen offenen, plattformunabhängigen Standard wie OPC UA erfolgen. Wirsching (Baumüller): Dank moderner Simulations-Technologien können Anlagenbetreiber vom Schreibtisch aus ihre Maschine entwickeln, virtuell in Betrieb nehmen und optimieren. Ein klarer Trend in der Entwicklung von Frequenzumrichtern. So lassen sich zum Beispiel am Digitalen Zwilling des Frequenzumrichters die kompletten Bewegungszyklen der Maschine abbilden und verbessern. Das spart Zeit und Kosten. Außerdem nimmt die Intelligenz im Antrieb zu. Frequenzumrichter sind nicht mehr nur für die Regelung der Maschinenbewegungen zuständig, sondern übernehmen zusätzlich Steuerungsaufgaben und die Datenverarbeitung für die IoT. Das Antriebssystem kann zudem Sensorik ersetzen. Der Frequenzumrichter funktioniert wie ein Sensor, der gleichzeitig Daten auswertet. Im Umrichter müssen dazu Algorithmen zur Datenauswertung hinterlegt werden. An die zentrale Steuerung beziehungsweise in die Cloud werden dann nur noch Statusmeldungen geschickt. www.abb.de www.baumueller.de www.danfoss.de/drives www.keb.de www.keba.com www.lenze.com/de https://de3a.mitsubishielectric.com www.schneider-electric.de www.sieb-meyer.de www.yaskawa.eu.com INFO Mehr Informationen zum Thema Frequenzumrichter: hier.pro/17Yvs 24 KEM Konstruktion » 01-02|2021
Elektrische Antriebe Interview « ANTRIEBSTECHNIK Im Gespräch: Michael A. Naderer (CEO) und Manuel Hartong (CTO), Dynamic E Flow GmbH, Valley „Die Kühlung der Spulen ist der Schlüssel zu hohen Dauerleistungen“ Dynamic E-Flow hat mit Capcooltech eine Methode zur Leistungssteigerung von elektrischen Maschinen entwickelt. Anstatt konventioneller Spulen werden im Motor Hohldrahtspulen verwendet, die eine Direktkühlung innen, wo die Wärme entsteht, ermöglichen. Im Gespräch mit KEM Konstruktion erklären CEO Michael A. Naderer und CTO Manuel Hartong wie diese Technologie konkret funktioniert und wieso die Innenkühlung ist bis zu 1000 Mal effizienter ist als eine herkömmliche Außenkühlung. IM INTERVIEW Michael A. Naderer (CEO) und Manuel Hartong (CTO), Dynamic E Flow, Valley » Interview: Johannes Gillar, stellvertretender Chefredakteur KEM Konstruktion KEM Konstruktion: Dynamic E-Flow hat die Capcooltech-Methode (Capillaries Cooling Technology) zur Leistungssteigerung elektrischer Maschinen entwickelt. Welchen Vorteil haben die Anwender davon? Naderer: Anwender haben oft Probleme mit: zu wenig Bauraum, zu wenig Dynamik, zu viel Wärme, zu wenig Leistung – das sind die Probleme, die wir adressieren. Wir können die doppelte Leistungsdichte, und somit viele Probleme lösen. Zudem können wir die Abwärme aus den E-Maschinen vollständig abführen, sodass Prozessund Maschinentemperaturen konstant robust gehalten werden. Extreme Rahmenbedingungen können wir mit Einfachheit meistern. KEM Konstruktion: Können Sie diese Technologie und ihre Funktionsweise kurz erklären? Bild: Dynamic E Flow Michael A. Naderer, CEO Dynamic E Flow GmbH, Valley »E-Antriebe mit einer Innenkühlung der Spulenwicklung sind überall dort geeignet, wo elektrische Maschinen mit sehr hohen Leistungsdichten gefragt sind.« steht im Wesentlichen aus 2 Komponenten: dem Hohldraht und der Anschlussbox, also der Capcooltech-Box. Mittels einer Pumpe gelangt das Kühlmittel in die Spulen (Hohldrähte). Ein Wärmetauscher Hartong: Unsere Motoren werden nicht mit einem konventionellen Draht, sondern mit einem Hohldraht gewickelt in dem ein Kühlmittel durchfließt. Unsere patentierte Technologie Capcooltech ist eine innovative Methode zur Leistungssteigerung und besorgt für den Wärmaustausch, durch die perfekte Kontrolle kann die richtige Eingangstemperatur gewährleistet werden. Somit ist eine Überhitzung des Motors praktisch nicht mehr möglich. KEM Konstruktion: Warum ist die Innenkühlung mit Hohldrahtspulen im Motor so viel effizienter als die herkömmliche Außenkühlung? Hartong: Weil die Wärme in den Wicklungen ein großes Problem ist. Mehr als 2/3 der Wärme entsteht dort. Und wir führen diese Wärme einfach ab. Wenn elektrische Maschinen ohne Capcooltech stark belastet werden, regeln diese herunter, damit sie nicht zu heiß werden. Dieser Effekt ist bei allen Maschinen unter dem Begriff Derating bekannt. Aus diesem Grund ist die Kühlung der Spulen vielfach der Schlüssel zu hohen Leistungen, insbesondere auch zu hohen Dauerleistungen. Unsere Wicklungen können ein Vielfaches an Strom – in manchen Fällen bis zu 100 A/mm² – tragen. Eine herkömmliche Außenkühlung, zum Beispiel ein Wassermantelgekühlter Motor, schafft 12 bis 15 A/mm². KEM Konstruktion » 01-02|2021 25
