Ein umfassendes Konzept bedeutet, dass Effizienz im Maschinen- und Anlagenbau weit über den Aspekt der Energieeinsparung hinausgeht. Vielmehr lassen sich Effizienzpotenziale in neun Bereichen ausschöpfen:
bei Energie,
Nachhaltigkeit,
Leistung,
Platz,
Nutzung,
Installation,
Betrieb,
Produktion und
Reaktion.
Energieeffizienz
Einsparungen beim Energieverbrauch sind überall möglich: Kleinere, leichtere Roboter sparen bis zu 25 Prozent Energie, das intelligente Management von Stand-by-Zeiten bis zu 15 Prozent und die Energiesparfunktion bei Frequenzumrichtern bis zu 18 Prozent. Ein weiteres Beispiel für den effizienten Energieeinsatz sind rückspeisefähige Konverter. Solche Systeme ermöglichen es, überschüssige, rekuperierte Bremsenergie direkt wieder in das Stromnetz abzugeben. Ein solches Modul kommt etwa in Robotern von Yaskawa zum Einsatz.
Eine wichtige Rolle spielen Energiesparmotoren. Die neueste Generation erfüllt bereits die Effizienzanforderungen der höchsten Klasse IE4 gemäß IEC TS 60034-31. Ein solcher Permanentmagnetmotor ist der SPRiPM, der zusammen mit dem V1000/A1000-Umrichter von Yaskawa ein Antriebspaket mit hohem Einsparpotenzial bildet. Diese Antriebslösung setzt bereits mehrere Jahre vor der zwingenden Gültigkeit der entsprechenden ErP-Richtlinie die dort formulierten Hocheffizienzanforderungen (Super Premium Efficiency) um. Sie zeichnet sich durch hohes Anlaufdrehmoment und schnelle Inbetriebnahme aus. Mit einer Online-Motor-Feineinstellung des Umrichters und einer optimalen Magnetisierung des Motors kann 18 Prozent Energie eingespart werden. Mit Frequenzumrichtern geregelte IE4-Lösungen wie Lüfter, Pumpen und Kompressoren sparen bis zu 5200 kWh/Jahr. Dies entspricht einer Energieersparnis von 21 Prozent oder 67 000 Euro pro Jahr.
Nachhaltigkeitseffizienz
Nachhaltigkeit als Ziel steht hinter allen effizienzsteigernden Maßnahmen des Konzepts. Nachhaltigkeitseffizienz bedeutet nach diesem Verständnis zum Beispiel: deutlich kleinere, leichtere und wartungsarme Maschinen mit extrem langlebigen Motoren. Die Voraussetzung dafür schaffen Komponenten, die bereits von Anfang an unter Nachhaltigkeitsaspekten entwickelt wurden. Sie zeichnen sich durch eine höhere Robustheit aus und bieten eine Schwingungsfestigkeit von 5 g. Darüber hinaus sind 30 Prozent weniger Teile notwendig.
Neu entwickelte Motoren sind 20 Prozent leichter. Damit können sie bei gleicher Leistung um eine Baugröße kleiner ausgelegt werden und verbrauchen bis zu 30 Prozent weniger Energie. Maschinen werden damit kleiner, leichter und erfordern weniger Wartung. Die Motoren haben eine verlängerte Lebensdauer, auch unter rauen Bedingungen.
Leistungseffizienz
Mehr erreichen in weniger Zeit – das bedeutet für die Antriebstechnik in Maschinen und Robotern: exakte Positionierung mit sehr hoher Geschwindigkeit. Bereits eine weiterentwickelte Vibrationsdämpfung ermöglicht einen um 20 Prozent höheren Maschinendurchsatz, indem sie Schwingungen wirkungsvoll unterdrückt.
Die Servosystemreihe Sigma arbeitet zum Beispiel schneller als frühere Generationen. Diese hohe Dynamik verbindet das System mit weiteren charakteristischen Stärken wie kompakte Baugröße, hoher Wirkungsgrad, geringer Wartungsaufwand und Zuverlässigkeit. Vor allem die 1,6kHz-Bandbreite des Drehzahlregelkreises und ein neuer Regelalgorithmus erschließen Effizienzpotenziale für Sigma-Servoantriebe. Sie erhöhen die Stabilität der Steuerung, ermöglichen höhere Verstärkungseinstellungen, verkürzen Einregel- und Positionierungszeiten und verbessern insgesamt die Produktivität. Das Ergebnis: eine Antriebsgeschwindigkeit von 10 m/s und eine Positioniergenauigkeit von 1 bei bis zu 1200 Umdrehungen pro Minute. Die Antivibrationsfunktion der Sigma-5-Servoregler minimiert Schwingungen, die Maschinen arbeiten genauer und dabei schneller, somit wird der Maschinenausstoß um 20 Prozent erhöht.
Platzeffizienz
Mehr Leistung auf weniger Raum: Das heißt im Großen zum Beispiel Anlagenlayouts mit höherer Roboterdichte. Nach Einschätzung von Yaskawa könnten in einer typischen Karosseriebaulinie 40 Prozent aller Roboter mindestens eine Baugröße kleiner gewählt werden. Der Energiebedarf würde dadurch um 8 Prozent sinken.
Und auch im Kleinen lässt sich Platz sparen: beispielsweise durch kompakt designte Komponenten für eine angereihte Montage mit schraubenlosen Klemmen. Sie benötigen 30 Prozent weniger Platz und passen so in kleinere Schaltschränke. Darüber hinaus ermöglichen sie eine schnelle und zuverlässige Verkabelung und verkürzen so Installationszeiten.
Nutzungseffizienz
Das reibungslose Zusammenspiel der einzelnen Komponenten ist für den präzisen Ablauf automatisierter Prozesse zentral. Für den Maschinenbauer ist es einfacher, effektiver und kostensparender, hier nur mit einem Hersteller zusammenzuarbeiten und dessen Know-how zu nutzen. Als Automatisierungspartner in vielen Branchen deckt Yaskawa das gesamte Spektrum von der Antriebstechnik über die Steuerung bis hin zur Robotik ab – Beispiel Verpackungsanlagen: Leistungsfähige IEC-Motion-Control-Steuerungen und Servosysteme sowie eine Vielzahl an Roboterlösungen ermöglichen eine effiziente Maschinenrealisierung.
Für den Maschinenbauer sind Produkteinführungszeiten von zehn Monaten möglich dank vielfältiger Vorzüge: Beratung vor und während des Projektes, lokale sowie globale Entwicklung, Möglichkeit von Kundenindividualisierungen in Hard- und Software, Unterstützung im Engineering, einer Key-Account-Vertriebsstruktur und mit integrierten, marktspezifischen Funktionen.
Installationseffizienz
Mit den Funktionen des Sigma-5-Servoantriebs ist es möglich, ein Antriebssystem in weniger als drei Minuten abzugleichen. Als Anwender muss man dafür kein Experte sein. Mit der Tuning-Less-Funktion lassen sich ohne Eingriff Einschwingzeiten bis 100 ms erreichen, mit dem erweiterten Auto Tuning bis 10 ms und mit einer 1-Parameter-Optimierung bis zu 4 ms.
Betriebseffizienz
Hohe Qualitätsstandards bereits in der Fertigung der Antriebe bilden die Basis für eine spätere Betriebseffizienz. Jeder Antrieb von Yaskawa durchläuft einen 100-Prozent-Funktionstest und wird vor dem Versand geprüft. Das Prüfprotokoll wird 10 Jahre lang im Werk aufbewahrt. Die Montage ist computergestützt. Jeder Schritt muss einzeln bestätigt werden und ein Monitor stellt jederzeit Montageinstruktionen bereit. Bei den Modellen der Umrichterserie A1000 stellt die Möglichkeit zur Präventivwartung sicher, dass die Geräte geplant gewartet werden können. Damit ist eine maximale Betriebssicherheit auch in anspruchsvollen Umgebungen gewährleistet, etwa beim Einsatz von Umrichtern auf See. Zudem informiert die Verschleißanzeige der wichtigsten Komponenten rechtzeitig und beugt so einem Ausfall mit langem Maschinenstillstand vor. Zusätzlich ermöglichen eine Überbrückung bei kurzzeitigem Netzausfall und standardmäßige Neustartfunktionen einen ununterbrochenen Motorbetrieb.
Produktionseffizienz
Eine lange Lebenszeit der Komponenten erhöht die Produktionseffizienz. So sind alle V1000-Umrichter von Yaskawa auf einen Betrieb von zehn Jahren ausgelegt. Ihre Konstruktion macht sie widerstandsfähig gegen Materialermüdung, Vibrationen und Korrosion sowie gegen raue Umgebungen wie Ölnebel und Hitze und damit einem Maschinenstillstand. Entsprechend gering sind Wartungsaufwand und Kosten für Ersatzteile und Logistik. Produktionsverluste durch Anlagenausfälle sind weitestgehend ausgeschlossen. Der kompakte Freuqenzumrichter ist nach EN 61373 vibrationsgeprüft. Über einen Betriebszeitraum von zehn Jahren fällt im Durchschnitt nur eines von 2500 V1000-Geräten aus.
Unternehmen mit einem international aufgestellten Service-Netz gewährleisten in allen globalen Märkten lokale Präsenz. Experten für Entwicklung, Produktion und Anwendungs-Know-how, Service und Ersatzteile sind damit weltweit schnell verfügbar. Ausfallzeiten werden minimiert. Maschinen und Anlagen lassen sich länger nutzen. Die neun Bereiche des Effizienzkonzeptes zeigen, dass Effizienz im Maschinen- und Anlagenbau auf vielen Ebenen erreicht werden kann und weit über den Aspekt der Energieeinsparung hinausgeht. Mit nach Effizienzgesichtspunkten gewählten Komponenten kann ein Unternehmen viel mehr gewinnen.
