Fachverlag x-technik
search
 

Schließen


Elektrische Umrichtertechnik wird mobil

: Jetter


In der industriellen Automation haben sie längst einen wichtigen Platz eingenommen – die elektrisch geregelten Antriebe. Anders sieht es in der mobilen Automation aus. Hier spielte diese Antriebsform in der Vergangenheit keine Rolle. Die Jetter AG hat in den letzten Jahren erheblichen Entwicklungsaufwand geleistet, um diese Technologie nun auch für mobile Arbeitsgeräte verfügbar zu machen.

Jetter_Mob.Masch1.jpg
Der Doppelumrichter JMM-5000 ist dank seines robusten Aufbaus für Anwendungen mit harten Umgebungsbedingungen gerüstet.

Der Doppelumrichter JMM-5000 ist dank seines robusten Aufbaus für Anwendungen...

Die Anforderungen in der mobilen Automation an elektrische und elektronische Komponenten sind hart. Sie sind häufig großen Temperaturschwankungen, Vibrationen, Flüssigkeiten und Schmutz ausgesetzt. Aus diesem Grund wurden bei den Antrieben für mobile Arbeitsmaschinen in der Vergangenheit hydraulische Systeme eingesetzt. Sie eigneten sich besonders gut, da sie robust sind und häufig große Lasten zu bewegen hatten.

Die Drehmomentanforderungen im mobilen Bereich sind in der Regel hoch. Geht es jedoch darum, bei Anwendungen eine dynamische Regelung zu realisieren, stoßen hydraulische Systeme an ihre physikalischen Grenzen. In solchen und weiteren Anwendungsfällen macht der Einsatz eines elektrischen Antriebes durchaus Sinn.

Stand der Technik

Trotz nicht wegzudenkender hydraulischer Antriebstechnik im Mobilbereich existieren mehrere Anwendungsfälle, bei denen sich der Einsatz elektrischer Antriebstechnik lohnt. Die Vorteile der elektrischen Technologie liegen vor allem im Wirkungsgrad und in der höheren Reaktionsfähigkeit bei Geschwindigkeitsänderungen, was die Regelgüte erheblich verbessert.

Gleich – oder ganz anders?

Elektrische Antriebsregler für mobile Anwendungen sind hinsichtlich des Hardware-Aufbaus und der Motoransteuerung im Prinzip mit den in der Industrieautomation verwendeten Antriebsreglern
Jetter_Mob.Masch2.jpg
Auf dem Motorprüfstand lässt sich das Verhalten von Kundenapplikationen mit bis zu vier Antrieben simulieren.

Auf dem Motorprüfstand lässt sich das Verhalten von Kundenapplikationen mit...

identisch.

Der von Jetter vorgestellte Antriebsregler JMM-5000 kann mit einer Gleichspannung (Zwischenkreisspannung) oder Wechselspannung gespeist werden. Diese wird von einem Generator erzeugt. Bei einem Traktor wird er normalerweise mechanisch von der Zapfwelle angetrieben. Anhand der Drehzahlsollwerte und der Informationen, welche die Rückführung des Motors liefert – in der Regel ein Resolver – wird ein elektronisches Drehfeld (Kommutierung) an den Statorspulen des Synchronmotors erzeugt. Der Rotor aus starken Permanentmagneten folgt diesem Drehfeld. Bei einer Bremsung des Antriebs wird die Energie wieder in den Zwischenkreis zurückgespeist.

Alternativ lassen sich am JMM-5000 auch Asynchronmotoren betreiben. In diesem Fall wird der Umrichter mit einer Wechselspannung von bis zu 560 V gespeist. Die Motoren können sowohl ohne Rückführung ungeregelt im U/f-Betrieb als auch mit Rückführung mit Vektor-Regelung angesteuert werden.

Im Gegensatz zu den Anwendungen im Industriebereich sind die mechanischen Parameter und Umgebungseinflüsse bei mobilen Anwendungen schwieriger zu handhaben, weil sie nicht so einfach erfassbar sind. Hohe Temperaturschwankungen und die hohen Schutzgradanforderungen machen eine Wasserkühlung des Reglergehäuses und evt. auch des Motors notwendig. Äußere Einflüsse wie Feuchtigkeit,
Jetter_Mob.Masch3.jpg
Der Aufbau des Motorprüfstands: Ein 80 Kilowatt-Motor simuliert die Zapfwelle und treibt damit den Generator an.

Der Aufbau des Motorprüfstands: Ein 80 Kilowatt-Motor simuliert die Zapfwelle...

Staub und Flüssigkeiten erfordern einen hohen Dichtungsschutz. Oft sind die Lastverhältnisse, z. B. bei einem Fahrantrieb, unklar und schwer zu eruieren.

Sinnvolle Applikationsmöglichkeiten

Der Einsatz elektrischer Antriebstechnik macht dort Sinn, wo diese Technologie eine oder mehrere der im Vergleich zur Hydraulik genannten Vorteile ausspielen kann. Vielfach kann durch den Einsatz dieser Technologie ein erheblich optimiertes Ergebnis erzielt werden. Beispielhafte Anwendungen sind: Förderbänder, Lüfter und Gebläse, Schneckenwellen und Radantriebe.

Dynamische Drehzahl- und Positionsregelungen

Stellvertretend für viele mögliche Applikationen sind hier die Anforderungen an eine Rundballenpresse beschrieben. Einer der geregelten Antriebe wird dazu verwendet, das gleichmäßige Füllen der Presskammer zu gewährleisten. Dies bedeutet, dass das Fahrzeug dynamisch die Geschwindigkeit anhand der aufgenommen Menge anpasst.

Weitere zwei Achsen sind für die Wickeleinheit verantwortlich. Je nach
Jetter_Mob.Masch4.jpg
Beispielhafter, schematischer Aufbau mit dem Doppelumrichter JMM-5000 mit vier Antrieben.

Beispielhafter, schematischer Aufbau mit dem Doppelumrichter JMM-5000 mit vier...

Außentemperatur weist die Wickelfolie ein unterschiedliches Verhalten auf. Mit einer elektronisch geregelten Achse lässt sich anhand des Ist-Stromes das aufgenommene Moment erfassen und das Drehmoment auf die Folie entsprechend anpassen und regeln.

Ziel ist es, die Anzahl der Folienrisse während des Einsatzes zu reduzieren und somit auch die Stillstandszeiten

Es kann losgehen

Mit dem JMM-5000 bringt die Jetter AG den ersten Umrichter für mobile Antriebs-Anwendungen auf den Markt. Es handelt sich hier um einen Doppel-Umrichter in abgestuften Leistungsklassen von 5 bis 80 kW.

Die eingespeiste Zwischenkreisspannung kann zwischen 200 und 850 V Gleichspannung oder bis zu 560 V Wechselspannung betragen. Als Datenbus für die Kommunikation mit der übergeordneten Steuerung kommt der in der Automotive-Branche standardisierte CAN-Bus zum Einsatz. Der Datenaustauch geschieht über das im Mobilbereich verbreitete Protokoll CANopen®.

Damit der mobile Umrichter die hohe Schutzart IP6K9K erreicht, wird er mit einem Wasser-/Glycol-Gemisch gekühlt. Als Rückführung der Rotorlage und Drehzahl des Motors kann ein Resolver angeschlossen werden.

Für die Zukunft gerüstet

Um die realen Anforderungen aus der Praxis im Labor abzubilden, hat die Jetter AG einen Motorprüfstand gebaut. Dieser besteht einmal aus einem 80 kW Servomotor, der die Zapfwelle simuliert. Die Drehzahl kann von 500 bis 1.000 U/min variiert werden, was der Umdrehungsgeschwindigkeit einer Zapfwelle am Traktor entspricht. Dieser Motor treibt einen Generator an, der die Zwischenkreisspannung erzeugt. Der Generator ist ebenfalls ein Servormotor, der über zwei 40 kW Servoregler eine geregelte Zwischenkreisspannung erzeugt. Somit können auch die in der Realität auftretenden Drehzahlschwankungen ausgeglichen werden.

An dieser Zwischenkreisspannung lassen sich nun zwei JMM-5000 Doppel-Servoregler mit bis zu 40 kW Ausgangsleistung betreiben. Mit dieser Testanlage ist Jetter nun in der Lage, bis zu vier Servomotoren zu betreiben und zu testen. Um eine Applikation realitätsgetreu darzustellen, lassen sich an den Wellen der zu testenden Motoren wieder Servomotoren ankoppeln, welche die sich ändernden Lastverhältnisse simulieren.

Die Regler sind über einen CAN-Bus an eine JetControl Steuerung angeschlossen. Auf ihr läuft das jeweilige Simulationsprogramm ab. Dieses Programm bildet möglichst genau die realen Verhältnisse der Applikation an der mobilen Arbeitsmaschine ab. Auf diese Weise werden die optimalen Regleralgorithmen und Parameter für den Antriebsregler ermittelt und implementiert.

Erhebungen zeigen, dass in rund zehn Jahren elektrisch geregelte Antriebe eine wesentliche Rolle in der mobilen Automatisierungswelt spielen werden. Die Jetter AG nutzt seine Erfahrung mit elektrischer Antriebs- und Steuerungstechnik und setzt sie in diesem neuen Betätigungsfeld um.
Der Doppelumrichter JMM-5000 ist dank seines robusten Aufbaus für Anwendungen mit harten Umgebungsbedingungen gerüstet.
Auf dem Motorprüfstand lässt sich das Verhalten von Kundenapplikationen mit bis zu vier Antrieben simulieren.
Der Aufbau des Motorprüfstands: Ein 80 Kilowatt-Motor simuliert die Zapfwelle und treibt damit den Generator an.
Beispielhafter, schematischer Aufbau mit dem Doppelumrichter JMM-5000 mit vier Antrieben.


Zum Firmenprofil >>


Bericht in folgenden Kategorien:
Umrichter, Automation für die mobile Maschine

Special Automation aus der Cloud

cloud.JPG Immer mehr Teile der industriellen Automatisierung sollen in die Cloud verlegt werden. Nicht nur die in rapide steigenden Mengen generierten Daten, sondern neben Auswerte-, Überwachungs- und Kontrollmechanismen auch Steuerungs-, Regelungs- und sogar Safety-Algorithmen. Wozu eigentlich? Was lässt sich vernünftig in die Cloud verlegen? Was sollte man dabei beachten? Und was ist das überhaupt, die Cloud?
mehr lesen >>

Im Gespräch

/xtredimg/2018/Automation/Ausgabe223/16046/web/g_lifecycle_robotics_de_2011_11_neu.jpgUnterstützung von A wie Applikationsanalyse bis CE
Pilz gilt seit jeher als „sichere“ Adresse, wenn es um kompetente Unterstützung bei der korrekten Umsetzung relevanter Normen und Richtlinien geht. Auf Wunsch werden die Kunden bis zur fertigen CE-Konformitätserklärung begleitet. Das angebotene Dienstleistungsportfolio umfasst u. a. Applikationsanalysen, Risikobeurteilungen und die Erstellung von normgerechten Sicherheitskonzepten bzw. technischen Dokumentationen. Genaueres dazu verrät der Certified Machinery Safety Expert Ing. Bernhard Buchinger, der bei Pilz als Senior Manager Consulting Services für Westösterreich tätig ist. Das Gespräch führte Sandra Winter, x-technik
Interview lesen >>

Newsletter abonnieren