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Controller im Klemmenkasten macht Motor fit für das IIoT

Redakteur: Gerd Kucera

130 Jahre nach seiner Entwicklung ist der Käfigläufer-Asynchronmotor immer noch eine wichtige Bauart von Elektromotoren für industrielle Standard-Anwendungen. Mit TorqueControl4.0 wird er fit für Industrie 4.0 und Akteur im IIoT.

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Bild 1: Mit TorqueControl4.0 können alle am Stromnetz betriebenen Bauer-Getriebemotoren kostengünstig und ohne Frequenzumrichter in ein Industrie-4.0-Netzwerk integriert werden.
Bild 1: Mit TorqueControl4.0 können alle am Stromnetz betriebenen Bauer-Getriebemotoren kostengünstig und ohne Frequenzumrichter in ein Industrie-4.0-Netzwerk integriert werden.
(Bild: Bauer Gear Motor)

Mit moderner Hard- und Software namens TorqueControl4.0 verwandelt Antriebsspezialist Bauer Gear aus Esslingen einen passiven Asynchron-Getriebemotor in einen intelligenten Elektroantrieb, der wertvolle Daten über IO-Link kommuniziert. Durch die Integration des Getriebemotors in das Industrial Internet of Things (IIoT) profitieren Betreiber von höherer Präzision, Energieeffizienz und reduzierten Wartungskosten.

Die Vorteile des IIoT sind gut dokumentiert und Hersteller weltweit investieren in intelligente Fabriken, um Produktionsabläufe zu verbessern. Die meisten kleinen und mittleren Fertigungsunternehmen haben aber nicht die finanziellen Ressourcen, um Millionen von Euro in den kompletten Neuaufbau ihrer Fabriken zu investieren. Wann immer es Ziel ist, eine herkömmliche passive Technologie in ein intelligentes Netzwerk zu integrieren, stellt sich die Frage: „Wie lässt sich eine vorhandene Infrastruktur kostenbewusst modernisieren?“

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Spätestens mit Beantwortung dieser Frage eines langjährigen Kunden und der gezielten technischen Lösung begann für Bauer Gear Motor die „vierte industriellen Revolution“ aus Entwicklungssicht.

Simon Scharpf, Produkt-Manager Torque Control bei Bauer Gear Motor, erklärt, wie es dazu kam: „Ein Kunde, mit dem wir schon vorher sehr eng zusammengearbeitet haben, bat uns, eine Alternative zu mechanischen Überlastkupplungen zu prüfen. 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. Wir haben schnell festgestellt, 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.“

Technische Raffinesse für eine sichere Anwendung

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, d. h. entweder ein- oder ausgekuppelt.

Die Lösung TorqueControl4.0 von Bauer ist eine intelligente und elektronische Steuerung, mit der sich alle am Stromnetz betriebenen Bauer-Getriebemotoren 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. Darüber hinaus kann die zentrale Steuerung im Falle einer Überlastung die Informationen an die Produktionslinie übermitteln und alle Maschinen stoppen, solange die Überlastsituation behoben wird. Sobald die Überlastung beseitigt ist, ist der Neustart der Anlage über das Netzwerk ein einfacher Prozess.

Die Kommunikation im Industrie-Netzwerk

Durch die Möglichkeit TorqueControl4.0 über IO-Link mit dem Industrie-4.0-Netzwerk zu verbinden, können erstmals die Umgebungsdaten eines Standard-Getriebemotors in Echtzeit überwacht werden, sodass sofort darauf reagiert werden kann. Dies wiederum erhöht die Funktionalität und Leistung des Getriebemotors, wobei auch Funktionen wie Sanftanlauf und Sanftstopp verfügbar werden mit der Möglichkeit, die Magnetisierung des Motors unabhängig von der Last zu optimieren – was den Wirkungsgrad des Motors unter Teillastbedingungen deutlich erhöht.

Simon Scharpf ergänzt: „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. Die Parameter sind so einstellbar, dass der Antrieb im Falle einer Überlastung innerhalb von Millisekunden abschaltet, um eine Beschädigung des Antriebsstrangs zu verhindern. Zugleich kann der Betreiber den Anlaufstrom wie bei einem herkömmlichen Sanftstarter begrenzen.

Mittels kontinuierliche Lastpunktüberwachung stellt TorqueControl4.0 die Spannung so ein, dass der Antrieb im Teillastbereich effizient läuft. Wir gehen davon aus, dass dies den Wirkungsgrad des Motors in einigen Fällen um bis zu 25% erhöht.“

Intelligente Modernisierung für das IIoT

TorqueControl4.0 ist im Klemmenkasten des Motors integriert, wodurch der Motor seine Standard-Schutzart beibehält. Das System ist für ein breites Anwendungsspektrum mit einem Leistungsbedarf bis 2,2 kW ausgelegt und eignet sich damit besonders für den Einsatz in der Fördertechnik, in der Intralogistik oder in Prozessen, die unter Last starten und eine hervorragende Energieeffizienz und schonende Leistungsversorgung erfordern.

Durch TorqueControl4.0 lässt sich jeder am Stromnetz betriebene Getriebemotor ohne Frequenzumrichter in das IIoT integrieren, versichert Bauer Gear. 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.

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