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KeDrive – Kostenoptimierte Mehrachsantriebslösungen _25.03.09
Ob für Robotikapplikationen, elektrische Spritzgieß- oder Werkzeugmaschinen, Mehrachsanwendungen für elektrische Antriebe gibt es viele. Bislang werden diese Aufgaben in der Praxis von mehreren parallelen Einzelachsmodulen oder Mehrachssystemen bewältigt. Durch intelligente Kombination beider Systemkonzepte lassen sich die Gesamtkosten der Antriebslösung mit KeDrive (dargestellt in Abb. 1) um etwa 20 Prozent senken, wie im Folgenden am Beispiel einer Spritzgießmaschine illustriert wird.
Eine typische Spritzgießmaschine besitzt fünf Achsen mit unterschiedlichem Leistungsbedarf für die Arbeitsschritte Einspritzen, Formbewegung, Plastifizieren, Auswerfen und Anpressen.
Als ersten Ansatz kann man Spritzgießmaschinen mit fünf Einzelachsmodulen betreiben, die aus jeweils einem Gleichrichter zur Speisung des Zwischenkreises und einem Wechselrichter zur Ansteuerung des Motors bestehen (siehe Abb. 2). Dafür können Module aus der Serie KeDrive D4 verwendet werden. Diese Antriebslinie ist prädestiniert für Einzelachsanwendungen bis in hohe Leistungsbereiche. Die Umrichter, die Spitzenströme bis 210 A liefern können, integrieren den Versorgungsteil zur Speisung des Zwischenkreises und den Wechselrichteranteil zur Ansteuerung des Motors in einem Gerät.
Das speziell auf Mehrachslösungen zugeschnittene Antriebssystem KeDrive D6 eignet sich jedoch wesentlich besser für den Einsatz in Spritzgießmaschinen. Es besteht aus einem Versorgungsgerät und modularen Wechselrichterachsmodulen, die für Maximalströme bis 350 A ausgelegt sind und damit für höchste Dynamik in den Anwendungen sorgen.
Bei Verwendung von KeDrive D6 kann man sich zu Nutze machen, dass in Anwendungen wie dem Spritzgießen nicht alle Antriebe zeitgleich verfahren werden müssen. Da die Einspritzachse die größte Leistungsaufnahme besitzt, wird die Versorgung auf sie dimensioniert. Die Antriebe für Formbewegung und Plastifizierung benötigen je 70% dieser Maximalleistung, die für Auswerfen und Anpressen jeweils 25%.
Bei einem aus KeDrive-D6-Komponenten bestehenden Antriebssystem speist eine zentrale Versorgungseinheit über den gemeinsamen Zwischenkreis die fünf Wechselrichter-Achsmodule. Anstelle der letzten beiden Einzelachs- kann zur weiteren Optimierung auch ein Doppelachsmodul für die Achsen mit dem geringsten Leistungsbedarf – die für Auswerfen und Anpressen – verwendet werden (siehe Abb. 3).
Durch intelligente Kombination der Lösungen KeDrive D4 und D6 lässt sich noch eine weitere Kostenreduktion erzielen: Verwendet man anstelle des D6-Versorgungsmoduls einen D4-Umrichter, kann damit bereits die stärkste Achse, die für das Einspritzen zuständig ist, angetrieben werden. Die weiteren D6-Wechselrichtermodule lassen sich über den gemeinsamen Zwischenkreis mitversorgen. Somit kann das Antriebssystem um ein weiteres Gerät reduziert werden. Die optimale Systemkonfiguration ist in Abb. 4 ersichtlich.
Ein ähnliches Einsparpotential bieten auch weitere Anwendungen, bei denen eine deutlich leistungsstärkere Achse mit schwächeren Achsen kombiniert wird.
Als ersten Ansatz kann man Spritzgießmaschinen mit fünf Einzelachsmodulen betreiben, die aus jeweils einem Gleichrichter zur Speisung des Zwischenkreises und einem Wechselrichter zur Ansteuerung des Motors bestehen (siehe Abb. 2). Dafür können Module aus der Serie KeDrive D4 verwendet werden. Diese Antriebslinie ist prädestiniert für Einzelachsanwendungen bis in hohe Leistungsbereiche. Die Umrichter, die Spitzenströme bis 210 A liefern können, integrieren den Versorgungsteil zur Speisung des Zwischenkreises und den Wechselrichteranteil zur Ansteuerung des Motors in einem Gerät.
Das speziell auf Mehrachslösungen zugeschnittene Antriebssystem KeDrive D6 eignet sich jedoch wesentlich besser für den Einsatz in Spritzgießmaschinen. Es besteht aus einem Versorgungsgerät und modularen Wechselrichterachsmodulen, die für Maximalströme bis 350 A ausgelegt sind und damit für höchste Dynamik in den Anwendungen sorgen.
Bei Verwendung von KeDrive D6 kann man sich zu Nutze machen, dass in Anwendungen wie dem Spritzgießen nicht alle Antriebe zeitgleich verfahren werden müssen. Da die Einspritzachse die größte Leistungsaufnahme besitzt, wird die Versorgung auf sie dimensioniert. Die Antriebe für Formbewegung und Plastifizierung benötigen je 70% dieser Maximalleistung, die für Auswerfen und Anpressen jeweils 25%.
Bei einem aus KeDrive-D6-Komponenten bestehenden Antriebssystem speist eine zentrale Versorgungseinheit über den gemeinsamen Zwischenkreis die fünf Wechselrichter-Achsmodule. Anstelle der letzten beiden Einzelachs- kann zur weiteren Optimierung auch ein Doppelachsmodul für die Achsen mit dem geringsten Leistungsbedarf – die für Auswerfen und Anpressen – verwendet werden (siehe Abb. 3).
Durch intelligente Kombination der Lösungen KeDrive D4 und D6 lässt sich noch eine weitere Kostenreduktion erzielen: Verwendet man anstelle des D6-Versorgungsmoduls einen D4-Umrichter, kann damit bereits die stärkste Achse, die für das Einspritzen zuständig ist, angetrieben werden. Die weiteren D6-Wechselrichtermodule lassen sich über den gemeinsamen Zwischenkreis mitversorgen. Somit kann das Antriebssystem um ein weiteres Gerät reduziert werden. Die optimale Systemkonfiguration ist in Abb. 4 ersichtlich.
Ein ähnliches Einsparpotential bieten auch weitere Anwendungen, bei denen eine deutlich leistungsstärkere Achse mit schwächeren Achsen kombiniert wird.
