Analyse dezentraler Antriebsregler mit ihren Vor- und Nachteilen

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Monetäre Einsparungen bei Installation und Montage

Die Einsparpotenziale der dezentralen Technik werden anhand einer realen Maschine mit acht Positionierachsen aus dem Bereich „Metallforming“ deutlich. Bisher war der zentrale Aufbau gekennzeichnet von Schaltschrankumrichtern, geschirmten Kabeln zwischen Motoren und Reglern sowie einer weiteren Leitung für das Rückführungssystem.

Die erste Achse ist 5 m vom Schaltschrank entfernt, jede andere jeweils 3 m weiter. Der Verkabelungsaufwand summiert sich bei den acht Positionierachsen auf 248 m.

Ist stattdessen die Kombination aus Kollmorgen-Versorgungsmodul AKD-C im Schaltschrank und acht dezentralen Servoreglern vom Typ AKD-N im Einsatz, reduziert sich die Länge auf 34 m. Die Berechnung: 5 m Hybridkabel mit Leistungsversorgung und Feedback zwischen Versorgungsmodul und dem am dichtesten liegenden dezentralen Servoregler; dazu addieren sich jeweils noch mal 3 m zur Anbindung der weiteren sieben Achsen – zusammen 21 m. Bleibt noch die Versorgung der Motoren: Diese sind rund 1 m von den dezentralen Servoreglern AKD-N entfernt eingebaut. Weil die Kollmorgen-Lösung mit einer Einkabel-Anschlusstechnik ausgestattet ist, sind lediglich weitere 8 m Leitung notwendig.

Zusammengerechnet bringt der Einsatz der dezentralen Servoregler allein bei der Installation 86% Ersparnis: statt 248 nur 34 m. Diese Zahlen lassen eine Vorstellung zu, welche Effizienzgewinne gerade bei OEMs in puncto Kabelkosten, Montage und Installation möglich sind. Noch gravierender fallen diese aus, wenn die Achsen zusätzliche I/Os aufweisen. Statt dann 372 m werden nur noch 42 m benötigt, was einer Einsparung von 89% entspricht.

Ein weiterer Gewinn der Verlagerung der Antriebe in die Maschine resultiert aus dem Minus an Verlustleistung im Schaltschrank. Dieser Effekt sorgt für einen Minderbedarf an Klimatisierung und sorgt damit direkt für Einsparungen sowohl beim OEM als auch beim Endkunden. Da eine Schaltschrank-Klimaanlage geringer dimensioniert werden kann oder sogar komplett entfällt, sinken die Kosten für Hardware und den späteren Betrieb – was letztlich auch die Energieeffizienz steigert.

Technische Vorteile durch sinkende Komplexität

Für die Anschlusstechnik der IP67-Geräte der AKD-N-Reihe setzt Kollmorgen ein 11 mm dünnes Hybridkabel ein, das die Versorgung über ein zentrales Einspeisemodul im Schaltschrank sicherstellt.

Ebenfalls mit nur einem Kabel lassen sich die dezentral in einer Maschine platzierten Einzelregler per DC-Verbund ohne weitere Einspeisung miteinander verbinden – Kommunikation inklusive. Die Einspeisemodule AKD-C verfügen über zwei Strings, an die sich jeweils bis zu acht AKD-N mit einer Leistung bis je 4 kW anschließen lassen.

Safe Torque Off als Gruppen- oder Einzelabschaltung gehört zum Serienumfang und wird ebenfalls über das Hybridkabel geführt. Ebenfalls nur ein Kabel ist ausreichend zwischen dem dezentralen Servoregler und seinem angeschlossenen Motor. Aufgrund der neuen Einkabel-Anschlusstechnik sind nicht mehr zwei Leitungen (Motorkabel und Rückführung) notwendig.

Weil Servotechnik gerade dann zum Einsatz kommt, wenn komplexe und positionsgenaue Bewegungen gefragt sind, finden sie sich häufig wieder als Teil von Positionier- und Handhabungssystemen. Hieraus folgt, dass jede Leitung auch Platz in einer Schleppkette oder in einem Kabelkanal beansprucht.

Gewinnen durch mehr Designfreiheit

Die Modellberechnungen zeigen, dass die dezentrale Servotechnik in Kombination mit der Einkabel-Anschlusstechnik zwischen Motor und Regler richtig Platz spart. Dieser Gewinn lässt sich trefflich nutzen für kleinere Kabeltrassen, leichtere Schleppketten, knappere Durchführungen; oder einfach auch für mehr Designfreiheit bei der Entwicklung neuer Maschinen.

Diese Freiheit resultiert vor allem daraus, dass die verteilte Technik im Vergleich zu räumlich fixierten zentralen Schaltschränken die Möglichkeiten der Modularisierung erweitert. Auf diese Weise können OEMs neue Anlagen aus bereits entwickelten Modulen konzipieren, was unter dem Strich das Engineering effizienter macht.

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