Wunschantriebe à la carte

Der Markt für Frequenzumrichter teilt sich zwischen einfachen, in den Funktionen begrenzten Ausführungen und leistungsfähigeren, häufig vektorgeregelten Umrichtern mit hohem Funktionsumfang. In beiden Fällen bleibt der Bedienkomfort ein wesentliches Kriterium, weil zu viele Funktionen ¿auf Vorrat¿ mitgeschleppt werden. Bei modularen Geräten bildet dagegen der Umrichter die Basis des Antriebssystems. Den Funktionsumfang und die Bedienmöglichkeiten bestimmen dann anwendungsorientierte Module.

Frequenzumrichter mutieren zunehmend zu kompletten Antriebssteuerungen, weil die Fortschritte der Mikroelektronik es den Entwicklern erlauben, immer mehr Funktionen in die schrumpfenden Gehäuse zu packen. Insbesondere für begrenzte Aufgaben ersetzen derartige Geräte dann beispielsweise gleich die speicherprogrammierbare Steuerung. Bei der Frage der richtigen Auslegung scheiden sich aber offensichtlich die Geister. Die eine Gruppe schielt nach den großen Serien und Stückzahlen für den globalen Markt, packt also alle möglichen Funktionen in eine Geräte-Ausführung, was zuweilen die Übersichtlichkeit trübt und das Bedienen erschwert. Die andere Gruppe baut um einen flexibel einsetzbaren Umrichterkern eine Familie unterschiedlicher Module, die das Anpassen an sehr verschiedene Aufgaben erleichtert oder erst ermöglicht.

Zukunftssicher
Hier geht es um solche modulare Frequenzumrichter, die zudem noch den Vorteil bieten, sich durch neue Module veränderten Entwicklungen und Trends anpassen zu können. Daraus resultiert auch ein Schutz der Investitionen des Anwenders, weil die vorhandenen Konstruktionen weiter zu verwenden sind, ohne auf moderne Entwicklungen verzichten zu müssen. Auch der Service braucht nicht wieder bei Adam und Eva mit der Schulung zu beginnen, sondern muss sein Wissen lediglich ergänzen. Die direkten, vor allem aber indirekten Kosten solcher Veränderungen werden oft ebenso unterschätzt, wie das Beharrungsvermögen der Anwender auf eingefahrenen Gleisen. Einige Unternehmen, beispielsweise bei speicherprogrammierbaren Steuerungen, können davon ein gar nicht so fröhliches Lied singen.

Frequenzumrichter lassen sich aus der Antriebstechnik in vielen Industriebereichen, aber auch in Gebäude- oder Verkehrstechnik nicht mehr wegdenken, wenn die Drehzahl und/oder das Drehmoment von Drehstrommotoren, die ich gern als Arbeitspferde der Antriebstechnik bezeichne, geregelt werden sollen. Der Vertriebsleiter eines bekannten Herstellers kriegt immer glänzende Augen, wenn sich irgendwo etwas bewegt. Überall sieht er neue Einsatzmöglichkeiten und wachsende Märkte für Frequenzumrichter.
In der Tat bieten die heute genutzten innovativen Frequenzumrichterreihen mit Vektorregelung eine hohes Maß an Komfort und Funktionalität. Dies kommt natürlich den gestiegenen Anforderungen der Maschinen- und Anlagenbauer entgegen, die eine höhere Antriebsdynamik und -genauigkeit erwarten, den Antrieb aber auch in das Anlagensystem und Automatisierungskonzept integrieren wollen.

Wie muss ein Antriebssystem aussehen?
Natürlich hängen die Anforderungen eines Antriebssystems von der jeweiligen Aufgabenstellung ab. Den für alle Fälle richtigen Antriebs gibt es also nicht. Dennoch lassen sich einige Kriterien auflisten, wobei ich mich hier auf den Frequenzumrichter beschränke. Da es in diesem Fall um modulare Geräte geht, steht die flexible Anpassungsfähigkeit außer Frage. Zuverlässigkeit, Qualität und Servicefreundlichkeit gehören meines Erachtens zu den Selbstverständlichkeiten, über die nicht mehr geschrieben werden muss. Schutzart und Approbationen bedürfen dagegen vor dem Hintergrund, dass Deutschland Export-Weltmeister ist, schon eher einer näheren Betrachtung.

Für das Bestimmen der passenden Baugröße und Leistungsdaten stehen inzwischen recht ordentliche Rechenhilfsmittel ¿ oder aber ein geduldiger Außendienst ¿ zur Verfügung und verhindern die gröbsten Überdimensionierungen. Schließlich soll der Antrieb ja umweltfreundlich, sprich energiesparend, arbeiten. Eine eigene Art von Umweltschutz in der Elektrotechnik stellt allerdings die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) dar. Die Frequenzumrichter sind nämlich von Hause aus recht penetrante Störenfriede. Nur durch die EMV-gerechte Entwicklung von Anfang an lassen sich derartige Probleme zufrieden stellend in den Griff kriegen.
Antriebe arbeiten heutzutage in den seltensten Fällen als Einzelkämpfer. Teamwork im geeigneten Netzwerk ist angesagt. Leider konnten sich die Spezialisten ja bisher weltweit noch auf keinen gemeinsamen Standard bei den eingesetzten Feldbussen einigen. Das bedeutet wiederum, dass entsprechende Anschaltungen wenigstens für die wichtigsten Feldbus-Systeme verfügbar sein sollten. Ein schwer wiegendes Argument für Modularität.
Bei der Bedienoberfläche gilt es meistens, den Spagat zwischen einfacher und komfortabler Bedienung einerseits und geringen Kosten andererseits zu meistern. Die besten Lösungen bestehen im Allgemeinen in steckbaren Bedienteilen, die nach dem Programmieren und Parametrieren abgenommen werden können, wenn beim Betrieb keine oder selten Veränderungen zu erwarten sind. Mit Hilfe solcher Einrichtungen lassen sich meistens auch Programme und/oder Parameter auf mehrere Frequenzumrichter übertragen, also Serien kostengünstig konfigurieren. Selbstverständlich gehört der unvermeidliche Standard-Personal-Computer mit einer passenden Software zu den weiteren verbreiteten Möglichkeiten.

Ein universeller Antrieb
Das Bild zeigt Ihnen einen besonders gelungenen Antriebsbaukasten, der kaum Wünsche offen lässt. Die Vielzahl der aufsteckbaren und integrierbaren Module bietet Einsatzmöglichkeiten in einem breiten Anwendungsfeld. Zwei Spannungsreihen mit 230 Volt und 0,25 bis 7,5 Kilowatt Leistung sowie 400/500 Volt mit 0,55 bis 11 Kilowatt in fünf Baugrößen decken einen großen Bereich ab. Die Hersteller heben besonders die kompakte Baugröße trotz der EMV-Maßnahmen durch integrierte Funk-Enstörfilter (EN 61800-3, EN 55011 Klasse A/B) hervor. Die weltweiten Einsatzmöglichkeiten gewährleistet das Einhalten der UL, cUL, CE Anforderungen, sowie der zulässige breite Netzspannungsbereich.

Die Betriebssicherheit unterstützt ein integrierter thermischer Motorschutz, der eine Motortemperaturüberwachung über PTC oder Thermokontakt ermöglicht. Bei Bedarf können Bremswiderstände direkt angeschlossen werden, denn der Bremstransistor ist bereits integriert. Weil sich diese Frequenzumrichter ohne Abstand aneinander reihen lassen, ergibt sich bei mehreren Antrieben in einer Maschine oder Anlage eine sehr Platz sparende Montage im Schaltschrank.
Die Integrationsmöglichkeiten in Anlagen und übergeordnete Steuerungskonzepte zeigen die verfügbaren Funktionsbeziehungsweise Kommunikationsmodule für RS232/RS485, Interbus-S, Profibus-DP, DeviceNet sowie den Systembus CAN. Darüber hinaus steht selbstverständlich die komplette Parametrier- und Bediensoftware zur Verfügung.
Die Vorteile eines solchen modularen Systems liegen auf der Hand: Um den Frequenzumrichter dem individuellen Einsatzfall anzupassen, werden dem Standardumrichter einfach die anwendungsspezifischen Module hinzugefügt. Das wirkt sich natürlich auch auf die Kosten aus, weil nur die jeweils erforderlichen Funktionsmodule und der Umrichter gekauft werden müssen.

Flexibel im Einsatz
Die flexiblen Einsatzmöglichkeiten dokumentieren zwei fiktive Beispiele aus der Produktionstechnik und der Gebäudetechnik:

Erstens: beim dargestellten Wickelantrieb regelt eine so genannte Tänzerwalze, deren Lage ein Sensor erfasst, die Bahngeschwindigkeit des Aufwicklers. Zusätzliche Sensoren ermitteln die Bahngeschwindigkeit vor dem Tänzer und den Wickeldurchmesser.
Zweitens: die stufenlose Drehzahlsteuerung des Lüfters ermöglicht erhebliche Energieeinsparungen. Zusätzlich bietet der Einsatz von entsprechenden Sensoren eine feinfühlige Regelung zur Einhaltung der gewünschten Klimabedingungen.
Wie Platz sparend sich modulare Frequenzumrichter bauen lassen, zeigt der kompakte ¿Igel¿ aus diesem Hause, der sich sowohl direkt auf den Motor als auch an geeigneter Stelle in der Nähe des Motors montieren lässt. Die Systemdarstellung zeigt, dass sich hier ebenfalls alle wichtigen Funktionen als Module integrieren lassen. Das dargestellte Beispiel aus der Fördertechnik demonstriert darüber hinaus, wie kompakt sich damit Drehtische und Transporteinheiten aufbauen lassen.
Die Beispiele zeigen, dass solche Systeme sowohl als Schaltschrankumrichter oder als Motorumrichter viele Vorteile bieten. Die Verbindung anwendungsorientierter Module mit den hervorragenden Eigenschaften der Vektorregelung ergibt ein Antriebssystem, das hinsichtlich Flexibilität, Funktionalität und Kompaktheit zukunftsweisend ist. Mit einem Standard-Frequenzumrichter zusammen mit den erforderlichen Modulen verfügt der Anwender über die gewünschten Funktionen und kann die Kosten des Gesamtsystems weitgehend selbst bestimmen.

Bernhard Siegmund

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