Rund 130 Jahre nach seiner Erfindung ist der Käfigläufer-Asynchronmotor immer noch eine der am häufigsten verwendeten Bauarten bei Elektromotoren für industrielle Standardanwendungen. Um den Dauerläufer auf eine neue technologische Stufe zu heben, transformiert der Antriebstechnikspezialist Bauer Gear Motor einen passiven Asynchron-Getriebemotor in einen smarten Antrieb. Mit der intelligenten Steuerung „TorqueControl4.0“ kann dieser nun wertvolle Daten über IO-Link kommunizieren. Die weltweit standardisierte und hersteller- wie auch bussystemunabhängige Schnittstelle integriert Getriebemotoren in das Industrial Internet of Things (IIoT). Betreiber profitieren dabei von höherer Präzision, Energieeffizienz und reduzierten Wartungskosten.
Die Vorteile dieses Internets der Dinge im industriellen Umfeld sind gut dokumentiert. Zudem investieren Hersteller weltweit in intelligente Fabriken, um Produktionsabläufe zu verbessern. Die meisten kleinen und mittleren Fertigungsunternehmen haben jedoch nicht die Ressourcen, um Millionen von Euro für den kompletten Neuaufbau ihrer Fabriken zu investieren. Wo immer es also möglich ist, herkömmliche passive Technologie in ein intelligentes Netzwerk zu integrieren, stehen viele Hersteller vor der Frage, wie sie ihre vorhandene Infrastruktur aufrüsten können.
Integration passiver Antriebstechnik ins
Netzwerk verschafft Vorteile
Mit genau dieser Frage, die ein langjähriger Kunde an Bauer Gear Motor stellte, startete der Esslinger Hersteller seinen Beitrag zur „vierten industriellen Revolution“, auch Industrie 4.0 genannt. „Ein Kunde, mit dem wir schon vorher sehr eng zusammengearbeitet haben, bat uns, eine Alternative zu mechanischen Überlastkupplungen zu prüfen“, blickt Produktmanager Simon Scharpf zurück. „Er suchte nach einer Lösung, die für die Drehmomentüberwachung und -steuerung von Fördersystemen effizienter wäre und idealerweise eine verbesserte Leistung im Betrieb und eine kürzere Reaktionszeit im Fall einer Drehmomentüberlastung bieten sollte“, konkretisiert er die Anfrage. Schnell habe man festgestellt, so Scharpf weiter, „dass eine elektronische Lösung der beste Weg ist, um diese Anforderungen zu erfüllen, und dass diese den zusätzlichen Vorteil bietet, konkrete Daten über IO-Link in die Cloud übertragen zu können“.
Einfaches, aber wirksames Mittel
zum Schutz von Anwendungen
Mechanische Drehmomentbegrenzer schützen den Antriebsstrang, indem sie bei Erreichen einer bestimmten Drehmomentbelastung nach dem Prinzip der Sollbruchstelle ansprechen. Dies ist ein einfaches, aber wirksames Mittel zum Schutz von Anwendungen wie Bandförderanlagen, bei denen ein Fremdkörper den Antriebsstrang blockieren und unerwartete Lasten hervorrufen kann. Die meisten modernen mechanischen Drehmomentbegrenzer verfügen zudem über einen Sensor, der den Bediener im Falle einer Überlastung auf die Situation aufmerksam macht. Allerdings muss in diesem Fall die mechanische Kupplung teilweise demontiert und wieder eingekuppelt werden, was die Ausfallzeiten für den Betreiber verlängert. Außerdem ist das mechanische System in sich geschlossen und erlaubt nur eine binäre Steuerung, das heißt entweder ein- oder ausgekuppelt.
Getriebemotor umrichterlos und
kostengünstig ins Industrie-4.0-Netz
Die Bauer-eigene Lösung TorqueControl4.0 ist eine intelligente, elektronische Steuerung, mit der sich alle am Stromnetz betriebenen Getriebemotoren des Herstellers kostengünstig und ohne Frequenzumrichter in ein Industrie-4.0-Netzwerk integrieren lassen. Sie ermöglicht es dem Betreiber, ein flexibles, aber dennoch präzises Überlastmoment einzustellen und die Leistung ständig zu überwachen. Hierdurch sind vorbeugende Wartungsmaßnahmen möglich, wenn Unregelmäßigkeiten auftreten. Überdies kann die zentrale Steuerung im Falle einer Überlastung die Informationen an die Produktionslinie übermitteln und alle Maschinen stoppen, solange die Überlastsituation behoben wird. Ist das Problem dann beseitigt, ist der Neustart der Anlage über das Netzwerk ein einfacher Prozess.
Durch die Möglichkeit, TorqueControl4.0 über IO-Link mit dem Industrie-4.0-Netzwerk zu verbinden, lassen sich erstmals die Umgebungsdaten eines Standardgetriebemotors in Echtzeit überwachen, sodass sofort darauf reagiert werden kann. Dies wiederum erhöht die Funktionalität und Leistung dieses zuvor passiven Motors, wobei auch Funktionen wie Sanftanlauf und Sanftstopp verfügbar werden. Zudem wird es möglich, die Magnetisierung des Motors unabhängig von der Last zu optimieren. Dies erhöht den Wirkungsgrad des Antriebs unter Teillastbedingungen deutlich.
Erhöhter Motorwirkungsgrad um bis zu
25 Prozent denkbar
„TorqueControl4.0 ermöglicht nicht nur die Überwachung von Betriebszustand, Betriebsstunden, Temperatur und Lastzyklus, sondern kann auch eine unabhängige Abschaltung des Drehmoments bewirken und Zustandsdaten wie Strom, Spannung oder Leistung liefern“, erläutert Simon Scharpf. Die Parameter können so eingestellt werden, dass der Antrieb im Falle einer Überlastung innerhalb von Millisekunden abgeschaltet wird, um eine Beschädigung des Antriebsstrangs zu verhindern. Zugleich kann der Betreiber den Anlaufstrom wie bei einem herkömmlichen Sanftstarter begrenzen. „Durch die kontinuierliche Lastpunktüberwachung kann TorqueControl4.0 die Spannung so einstellen, dass der Antrieb im Teillastbereich effizient läuft. Wir gehen davon aus, dass dies den Wirkungsgrad des Motors in einigen Fällen um bis zu 25 Prozent erhöht“, betont der Bauer-Produktmanager.
Die Steuerung ist in den Klemmenkasten des Motors integriert, sodass der Motor seine Standardschutzart beibehält. Das System ist für ein breites Anwendungsspektrum mit einem Leistungsbedarf von bis zu 2,2 kW ausgelegt und eignet sich damit besonders für den Einsatz in der Fördertechnik, in der Intralogistik oder in industriellen Prozessen, die unter Last starten und eine hervorragende Energieeffizienz und schonende Leistungsversorgung erfordern.
Durch die intelligente Steuerung kann jeder am Stromnetz betriebene Getriebemotor ohne Frequenzumrichter in das IIoT integriert werden. Von den an die zentrale Steuereinheit übermittelten Daten profitiert letztlich die gesamte Produktionslinie. Auf diese Weise können Fertigungsunternehmen eine Technologie aus dem 19. Jahrhundert in die Fabrik der Zukunft des 21. Jahrhunderts überführen.
Philip Crowe, Marketing Manager, Bauer Gear Motor, Esslingen
