Efficiënt Aandrijven

Op alle terreinen worden handreikingen gedaan om het energieverbruik in de industrie omlaag te brengen. Voor wie niet weet waar te beginnen: begin maart van dit jaar is de pilot voor het auditprogramma Aandrijvingen gestart. Industrie en Kennisnetwerk EEA (Techniek Nederland, Federatie Aandrijftechniek, Holland Pomp Groep, Rijksdienst voor Ondernemend Nederland en Ministerie van Economische Zaken en Klimaat) werken samen aan de ontwikkeling van een auditprogramma, speciaal voor energie-efficiënte aandrijfsystemen. Tijdens deze pilot worden 30 audits uitgevoerd. De pilot is ter voorbereiding op een voucherprogramma met 120 audits. Deelname aan de audit is laagdrempelig, geen lang traject met ladingen papierwerk, maar concreet en met tastbaar resultaat: inzicht, grip en voorstellen voor vijf concrete businesscases, die leiden tot directe kostenbesparingen bij uitvoering van de maatregelen. KEEA bespreekt op het evenement onder andere de voortgang van de pilot.

Maar machinebouwers en hun klanten kunnen op Efficiënt Aandrijven meer ‘partners’ vinden, zoals Lapp, SEW-Eurodrive, WEG, Elsto, Dertec, Bauer Gear Motor, Festo, Danfoss Drives, Groneman, Bosch Rexroth, KSB, Helukabel, A.Z. Hollink, TT&MS, SMC, Lenze, ABB, Yaskawa, Kaeser compressoren, AC Solutions, Semiotics Labs en Parker Hannifin (zie ook de profielen elders in dit magazine).

Vierstappenplan

Een flink deel van de leveranciers houdt over de dag verdeeld verschillende lezingen die dieper ingaan op hun oplossingen. Kaeser Compressoren bespreekt een vierstappenplan om tot een efficiënt persluchtstation te komen en diverse praktijkapplicaties. Want een energiezuinige IE4-elektromotor is uiteraard niet voldoende. En hoe zorg je dat bijvoorbeeld een persluchtstation tijdens de gehele levensduur blijft presteren? Welke factoren bepalen eigenlijk de efficiency en de kosten en hoe verhoudt zich het energieverbruik tot de kwaliteit van de perslucht?

Hoe een eindgebruiker zijn of haar persluchtsysteem heeft opgezet en of dit gehele proces van compressor, drogers, filters, leidingwerk wel efficiënt functioneert, speelt uiteraard een rol bij de vraag hoe efficiënt een uiteindelijk aandrijfsysteem wel is. Een slecht systeem geeft tenslotte een hogere prijs per Nm³ perslucht.

Kijkend naar de jaarlijkse energierekening voor een bedrijf kan het aandeel van de perslucht toch nog aanzienlijk zijn. Het is dus zeker aan te bevelen om zuinig om te gaan met perslucht. Daarom daagt SMC – overtuigd dat pneumatiek past bij een duurzamere en schonere industrie – de industrie als geheel en de bezoekers in het bijzonder in het lezingenprogramma uit, machines te ontwikkelen vanuit vijf energie-efficiënte uitgangspunten.

Keuzestress

En de engineer heeft het al niet makkelijk. Niet dat hij of zij geen kennis van zaken zou hebben op het vlak van pneumatische- en elektrische aandrijvingen, maar het speelveld verschuift voortdurend. Wet- en regelgeving, wensen van eindgebruikers, omgeving, veiligheid en eenvoudigere technologie – het bepalen van de meest efficiënte aandrijving wordt er niet simpeler op. Op het eerste gezicht lijken pneumatische cilinders en ventielen nog steeds de goedkoopste optie. Of zou een servo- of stappenmotor de beste eindpapieren hebben? Festo zet op het evenement met praktische voorbeelden de verschillende aspecten uiteen die bij deze keuze een rol spelen.

Groneman is als Nederlandse vertegenwoordiger van LinMot een van de partijen die in de cilindervormige lineaire motoren van laatstgenoemde een interessante oplossing ziet als mogelijke vervanger van pneumatische actuatoren. Volgens LinMot, dat namens Groneman op Efficiënt Aandrijven zal spreken, blijkt uit EU-studies dat het energetisch rendement van pneumatische actuatoren ver beneden de 10 procent ligt. Alleen al in Europa wordt jaarlijks 80 TWh verbruikt voor de productie van gecomprimeerde lucht. Machinebouwers die op zoek zijn naar veel flexibeler actuatoren voor kleinere series, een verbeterde processtabiliteit en nauwkeurige actuatorfeedback van elke productiestap zouden daarom naar de mogelijkheden van genoemde cilindervormige lineaire motoren moeten kijken.

Beschikbaarheid en energieverbruik

Dat tegenwoordig elektrische aandrijvingen beschikbaar zijn met een zeer hoog rendement zal niemand ontkennen. Die kunnen bijvoorbeeld volgens KSB een substantiële bijdrage leveren aan het reduceren van het energieverbruik van een pompsysteem. Aan de hand van een CIP-systeem (Cleaning In Place) zal KSB uit de doeken doen hoe een optimale pompselectie kan worden uitgevoerd. Daarbij is voor een efficiënte aandrijving de basis altijd een correct gekozen en optimaal werkend werktuig. De praktijkcase heeft als uitgangspunt dat er een optimale beschikbaarheid is bij een zo laag mogelijk energieverbruik.

Een optimale beschikbaarheid bij een zo laag mogelijk energieverbruik, in geregelde AC-aandrijvingen is het de frequentieregelaar die deze taak met verve vervult. Maar die frequentieregelaar kan tegenwoordig nog veel meer. Danfoss Drives doet uit de doeken hoe de intelligentie van de frequentieregelaar wordt gebruikt om de toestand van de motor en de applicatie te monitoren. Het grote voordeel van dit systeem is een constante bewaking van de statorwikkelingen, de trillingen in de applicatie en het belastingprofiel.

Deellast

Voor de elektronische koppelbewaking van motorreductoren heeft Bauer Gear Motor met TorqueControl 4.0 vorig jaar juni de innovatieprijs van de Allianz Industrie 4.0 Baden-Württemberg in de wacht gesleept. Met het systeem kan overbelasting van de aandrijving worden voorkomen. Het in de klemmenkast van de aandrijving ingebouwde systeem kan tevens uitgebreide gebruikersdata verzamelen en delen met een overkoepelend besturingsnetwerk. Dankzij adaptieve lastregeling kan met behulp van de spanning de magnetisering van de motor worden geregeld.

Een andere maar recentere prijswinnaar uit dezelfde deelstaat is SEW-Eurodrive dat in juli van dit jaar de milieutechniekprijs van de deelstaat in de wacht wist te slepen. Het vermogens- en energiemanagementsysteem in kwestie kan tot 35% besparen op energiekosten, piekbelastingen van het net voorkomen en de hele installatie uit te leggen op gemiddeld en niet op piekvermogen. En zonnepanelen koppelen aan je aandrijving is ook mogelijk. Hoe dat in elkaar steekt komt het hoofd Ontwikkeling van SEW-PowerSystems zelf uitleggen.

Teruglevering

Voor die dynamische processen die ook met het afremmen van AC-motoren te maken hebben heeft Yaskawa met de Matrix-frequentieregelaars een interessante optie. In de regelaars ontbreekt de DC-bus of tussenkring: vermogenselektronica met negen bi-directionele poorten zorgt voor de omzetting van de ingaande wisselspanning in de uitgaande wisselspanning. Dankzij dit werkingsprincipe – Direct Power Conversion – met bi-directionele poorten kan de regeneratieve energie direct vanuit de regelaar worden teruggeleverd aan het lokale voedingsnet.

Nu is netkwaliteit onlosmakelijk verbonden met de wens het energieverbruik van aandrijvingen te verminderen. Steeds vaker worden geschakelde voedingen, frequentieregelingen voor motoren en Led-voorschakelapparatuur voor verlichting toegepast. Bleef de THD in het verleden beperkt tot een paar procent, nu loopt dit op tot 8% en meer. Mogelijke gevolgen: oververhitting in elektromotoren, onverklaarbare vibraties en het afschakelen van beveiligingsautomaten. Maar ook storingen in datakabels. Vroegtijdige tests in de ontwerpfase van een applicatie kunnen mogelijke problemen aan het licht brengen weet TT&MS dan weer en zij komen dit uiteen zetten.

Ultieme wens

Wat kabels en kabelsystemen betreft – welke bijdrage leveren die aan de efficiëntie aandrijfketen? Deze vraag is even legitiem als relevant. Want kabels als drager van (gemoduleerde) spanningen en stromen hebben een absolute meerwaarde in de efficiëntie, duurzaamheid en veiligheid van machines en installaties, zo weet Lapp. De ultieme wens vanuit de elektrotechniek is dat de spanning en stroom aan de uitgang van een drive in dezelfde verschijningsvorm aan de aansluitklemmen van de motor worden aangeboden. En dat is meestal niet het geval. Efficiënte bekabeling geeft de antwoorden.

Ketenefficiency

Ook al het gaat om energetisch rendement de ketting is zo sterk als de zwakste schakel. Maar zijn die schakels er nog? Wellicht in de installatie die smacht naar een energetische ‘remake’. Maar uitgaand van de stand van de techniek? Moderne industriële elektromotoren zijn inmiddels dermate ver doorontwikkeld dat de mogelijkheden voor verdere efficiëntieverhoging complex, kostbaar en marginaal zijn, meent Elsto. Maar met ketenefficiency is relatief eenvoudig veel winst te behalen door het vermijden van ongeschikte combinaties en het toepassen van slimme besturingen.

Besturingen, aandrijvingen en aangedreven machines zijn in verschillende sub-samenstellingen te meten en te vergelijken. Daarnaast is steeds duidelijker te achterhalen wat het negatieve effect op het milieu voorafgaand aan, tijdens en na de normale levensduur is. Het product met het laagste energieverbruik heeft niet altijd de minste milieueffecten. Met slimme keuzes zijn grote besparingen in aandrijfsystemen te behalen, zowel bij de initiële aanschaf als operationeel.

In het geval van Bosch Rexroth kun je beter niet van keten, maar van leidingwerk spreken. Het gaat om de wereldwijd eerste toepassing van een hybride aandrijftechniek in de uitbreiding van Sluis Eefde, waar Aandrijven en Besturen in nummer 5 van dit jaar al over schreef. De nieuwe elektrohydraulische aandrijving combineert de voordelen van een elektromechanische lineaire actuator met die van een klassieke hydraulische aandrijving. Hiermee worden de sluisdeuren bediend. Dankzij het compacte concept is een ruimte-verslindende kelder met aggregaat niet nodig. Bovendien is de nieuwe techniek 40 procent efficiënter ten opzichte van traditionele systemen, en draagt de aandrijving zodoende bij aan het minimale energieverbruik van de sluis.

Bron: Aandrijven en Besturen. Uiteraard is toegang voor abonnees van dit blad gratis.