- Energiesparende und innovative Antriebe
- Effiziente Energietechnologien für zukünftige Energiesystem
- Kommunikation und Sicherheit als Trends in der Automatisierung
Motion, Drive & Automation
Wie auf der gesamten HANNOVER MESSE 2007 ist das Thema Energieeffizienz auch auf der diesjährigen MDA (Motion, Drive & Automation) die treibende Kraft für Fortschritt und Innovation. Mechatronische Systeme regeln hochdynamisch und lastabhängig elektrische, pneumatische und hydraulische Antriebe, der Einsatz neuer Werkstoffe ermöglicht tribologisch optimierte und verschleißarme Lagerungen und Dichtungen, Gewichtsminimierung bewegter Komponenten wird durch belastungsoptimierte, simulationsunterstützte Konstruktion erreicht, Bremsenergie wird rückgeführt und in neue Antriebsenergie umgesetzt.
Die Lebenszykluskosten (Total Cost of Ownership - TCO) der verfügbaren Antriebslösungen rücken bei der Investitionsentscheidung in den Mittelpunkt. Der Kaufpreis beispielsweise eines Elektromotors kann nun nicht mehr das alleinige Kriterium sein, seine Energieeffizienzklasse stößt auf zunehmendes Interesse. Bis zu 50 Prozent der Energiekosten lassen sich bei vielen elektrischen Antrieben durch den Einsatz modernster Steuerungs- und Leistungselektronik einsparen. Da der Energieanteil bei Elektromotoren an den Lebenszykluskosten oft weit über 90 Prozent liegt, kann sich die Investition in energiesparende Antriebskonzepte innerhalb von 2 Jahren amortisieren. Die Hersteller elektrischer Antriebe machen sich daher auf europäischer Ebene für ein einfaches System der Kennzeichnung stark. So soll die Effizienzklasse EFF 3 derzeit übliche Wirkungsgrade benennen, während die Klassen EFF 2 und EFF 1 für gute und sehr gute Wirkungsgrade stehen.
Die technischen Konzepte in der Antriebstechnik sind dabei vielfältig. Um Druckluftkosten zu senken werden zunehmend drehzahlgeregelte Kompressoren in Verbindung mit Druckluftmanagementsystemen eingesetzt, mehrere Kompressoren werden so nach vorgegebenen Stromsparvorgaben geregelt. So stellen sich auch die hydraulischen Antriebskomponenten den steigenden Ansprüchen nach sinkendem Verbrauch. Statt der noch weit verbreiteten Konstantpumpen kommen Regelpumpen zum Einsatz, die auch Möglichkeiten zur Energierückführung konsequent ausnutzen. Wird wenig Druck abgenommen, regeln diese Pumpen ab und stellen jeweils nur den Druck und den Volumenstrom zur Verfügung, der soeben gebraucht wird. Das spart viel Strom, denn je niedriger die durchschnittliche Abnahmemenge ist, desto höher sind die Einspareffekte.
Auch das Condition Monitoring zur Vermeidung von Störungen und Ausfällen der Produktion durch zustandsorientierte Wartung trägt zur Effizienzsteigerung der Antriebseinheiten bei. Das Aufspüren von Leckagen in Fluidsystemen, die Verschleißüberwachung von Getrieben, Lagern, Führungen und Dichtungen, die Zustandsüberwachung elektromechanischer Komponenten, all dies trägt dazu bei, an jedem Funktionselement einer Anlage die Verschwendung nicht nutzbarer Energie zu minimieren.
Automatisierungstechnik/Factory Automation
In der Automatisierungstechnik prägen die Themen Kommunikation und Sicherheit den Trend. Beide haben die Effizienzsteigerung in der Produktion als Ziel und liefern somit die Einsparpotentiale von morgen. Echtzeitfähigkeit ist ein Thema in dem sich diese beiden Trends begegnen. Hier wurde von den Ausstellern eindrucksvoll gezeigt, dass Sensorsignale simultan in eine Aktorbewegung umgesetzt werden können und die heute zur Verfügung stehenden Komponenten die Echtzeitfähigkeit garantieren. Bei Ausfällen von Komponenten oder Unterbrechungen in den Kommunikationswegen reagieren die Systeme sofort, was besonders bei sicherheitsrelevanten Anwendungen die Voraussetzung ist.
Der Datenfluss im Feld ist mit den in der Office-Welt vorliegenden Datenbeständen durchgängig vernetzt. Das Industrial Ethernet als zentrales Medium ermöglicht so Kommunikationskonzepte ohne Systembruch. Die richtige Information zur richtigen Zeit zu bekommen ist der Schlüssel für eine effiziente Produktion.
Internet und Mobiltelefon sind in die Sicherheits- und Kommunikationsstruktur der modernen Automatisierungstechnik integriert. Maschinenzustände lassen sich über Web-Seiten abfragen und Einstellungen ändern. Zustands und Alarmmeldungen werden im Rahmen von Condition Monitoring Systemen per SMS an die zuständigen Personen verschickt.
Ein zentrales Thema war die Verwendung des Industrial Ethernet als standardisiertes Übertragungsprotokoll bei vielen Komponentenlieferanten. Die Verständigung auf Standards schafft die Grundlage, dass komplexere Systeme mit Komponenten von unterschiedlichen Herstellern unproblematisch realisiert werden können.
Auch die Sensorik war wieder ein spannendes Thema. Die Miniaturisierung aller Komponenten und die immer intelligenteren Funktionen eröffnen in der Automatisierung neue Potentiale für geniale Lösungen. Hier vereinfacht die Nutzung von normierten und klaren Standardschnittstellen und Protokollen ebenfalls den Einsatz der im Bereich der Automatisierung präsentierten Produkte.
Energy
Anlagen und Systemlösungen für eine hocheffiziente und wirtschaftliche Energieerzeugung, -übertragung, -verteilung und -anwendung standen im Mittelpunkt des umfassenden Angebotsspektrums auf der diesjährigen Energy. Dabei waren insbesondere die vielfältigen Technologien für konventionelle und regenerative dezentrale Stromerzeugungsanlagen sowie deren sichere Einbindung in eine intelligente Netzinfrastruktur in Form von so genannten "Smart Grids" ein zentrales Thema. Unter Einsatz moderner Leistungselektronik, intelligenter Netzleitsysteme, Kommunikationsnetze und Informations-Technologien wird bei den weiter zunehmenden dezentralen Energieeinspeisungen die Anpassungsfähigkeit und Stabilität der Stromnetze und damit eine hohe Versorgungssicherheit auch zukünftig sichergestellt.
Besonders großes Interesse fanden die präsentierten Technologien zur umweltfreundlichen Nutzung von Biokraftstoffen für eine klimafreundliche Mobilität sowie insbesondere für den stationären Einsatz in Blockheizkraftwerken (BHKW) zur effizienten Erzeugung von Strom und Wärme.
Der Anteil der regenerativen Stromerzeugung wächst rasant und das weltweit. Allen voran stürmt weiterhin die Windenergie, deren zukünftige Entwicklung durch das in den nächsten Jahren im Binnenmarkt zu erwartende Repowering, also der Ersatz älterer leistungsschwacher Turbinen durch neue Anlagen, durch den Aufbau von Offshore-Windparks aber insbesondere durch die überdurchschnittlich wachsenden internationalen Märkte geprägt ist. Die präsentierten Windkraftanlagen wurden im Detail optimiert und sorgen durch verbesserte Aerodynamik, durch die Verwendung gewichtsreduzierter Systemkomponenten in Verbindung mit größeren Turmhöhen, sowie optimierter Betriebssicherheit mit Hilfe von Condition-Monitoring für eine noch effizientere Windenergienutzung.
Die Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologien präsentieren sich durch praxistaugliche Lösungen für portable, mobile und stationäre Anwendungen. Die Zuverlässigkeit und Langzeitstabilität der Systemkomponenten wurden erheblich verbessert. Vor allem im Fahrzeugbereich und zur dezentralen stationären Strom- und Wärmeversorgung in Gebäuden stehen die Brennstoffzellensysteme heute an der Schwelle zur Marktreife. Die Systemhersteller haben den Schritt vom Versuchslabor in die industrielle Praxis vollzogen und treiben den Ausbau einer automatisierten und kostengünstigen Brennstoffzellenfertigung voran.
Research & Technology
Der Großteil der vorgestellten Innovationen folgt dem Gebot zum effizienteren Einsatz von Energie und Material verbunden mit Steigerungen der Performance. Eine zentrale Rolle spielen weiterhin neue Verbundwerkstoffe deren Material- und Oberflächeneigenschaften auch durch Beimischung oder Auftrag von Nano-Partikeln eingestellt werden können. An konstruktiv optimierten Bauelementen, ein Kernthema auch der Bionik, wird der minimierte Einsatz von Material bei gleichzeitiger Gewährleistung von Stabilität, Steifigkeit und Haltbarkeit demonstriert. Die einhergehende Reduktion von Bauteilgewichten erweitert bestehende und eröffnet neue Anwendungsfelder, in denen hoch dynamische Bewegungen nur mit Masse optimierten Konstruktionen mit akzeptablem Energieaufwand zu erreichen sind. In Zusammenhang mit dem Aufkommen von Hochleistungswerkstoffverbunden und Verbundwerkstoffen mit komplexen inneren Strukturen werden Sensoriksysteme vorgestellt (dynamische Schall-, Dehnungs-, und Drucksensoren und nachgeschaltete Signalauswertungen), die ein lückenloses Monitoring der Konstruktionen im Hinblick auf Überlastereignisse und das Entstehen von verdeckten Ermüdungsschäden im Betrieb ermöglichen (Rotoren von Windenergieanlagen, Komponenten für den Flugzeugbau). Mit diesen Technologien können Wartungszyklen auf tatsächliche Materialveränderungen und messbaren Verschleiß bezogen und Schadensereignisse vor dem Ausfall eines Bauteiles effizient vermieden werden (structural health monitoring).
Im zentralen Themenfeld der Adaptronik erweitern so genannte Sensor/Aktuator Kombinationen die Einsatzbereiche auch von herkömmlichen Konstruktionen aus konventionellen Werkstoffen. Die intelligenten Bauelemente ermöglichen beispielsweise die Dämpfung von unerwünschten mechanischen Schwingungen, wenn sie verschleißerhöhend in Lagern, Bremsen, Kalandern oder in Werkzeugträgern bei der Materialbearbeitung auftreten.
- Effiziente Energietechnologien für zukünftige Energiesystem
- Kommunikation und Sicherheit als Trends in der Automatisierung
Motion, Drive & Automation
Wie auf der gesamten HANNOVER MESSE 2007 ist das Thema Energieeffizienz auch auf der diesjährigen MDA (Motion, Drive & Automation) die treibende Kraft für Fortschritt und Innovation. Mechatronische Systeme regeln hochdynamisch und lastabhängig elektrische, pneumatische und hydraulische Antriebe, der Einsatz neuer Werkstoffe ermöglicht tribologisch optimierte und verschleißarme Lagerungen und Dichtungen, Gewichtsminimierung bewegter Komponenten wird durch belastungsoptimierte, simulationsunterstützte Konstruktion erreicht, Bremsenergie wird rückgeführt und in neue Antriebsenergie umgesetzt.
Die Lebenszykluskosten (Total Cost of Ownership - TCO) der verfügbaren Antriebslösungen rücken bei der Investitionsentscheidung in den Mittelpunkt. Der Kaufpreis beispielsweise eines Elektromotors kann nun nicht mehr das alleinige Kriterium sein, seine Energieeffizienzklasse stößt auf zunehmendes Interesse. Bis zu 50 Prozent der Energiekosten lassen sich bei vielen elektrischen Antrieben durch den Einsatz modernster Steuerungs- und Leistungselektronik einsparen. Da der Energieanteil bei Elektromotoren an den Lebenszykluskosten oft weit über 90 Prozent liegt, kann sich die Investition in energiesparende Antriebskonzepte innerhalb von 2 Jahren amortisieren. Die Hersteller elektrischer Antriebe machen sich daher auf europäischer Ebene für ein einfaches System der Kennzeichnung stark. So soll die Effizienzklasse EFF 3 derzeit übliche Wirkungsgrade benennen, während die Klassen EFF 2 und EFF 1 für gute und sehr gute Wirkungsgrade stehen.
Die technischen Konzepte in der Antriebstechnik sind dabei vielfältig. Um Druckluftkosten zu senken werden zunehmend drehzahlgeregelte Kompressoren in Verbindung mit Druckluftmanagementsystemen eingesetzt, mehrere Kompressoren werden so nach vorgegebenen Stromsparvorgaben geregelt. So stellen sich auch die hydraulischen Antriebskomponenten den steigenden Ansprüchen nach sinkendem Verbrauch. Statt der noch weit verbreiteten Konstantpumpen kommen Regelpumpen zum Einsatz, die auch Möglichkeiten zur Energierückführung konsequent ausnutzen. Wird wenig Druck abgenommen, regeln diese Pumpen ab und stellen jeweils nur den Druck und den Volumenstrom zur Verfügung, der soeben gebraucht wird. Das spart viel Strom, denn je niedriger die durchschnittliche Abnahmemenge ist, desto höher sind die Einspareffekte.
Auch das Condition Monitoring zur Vermeidung von Störungen und Ausfällen der Produktion durch zustandsorientierte Wartung trägt zur Effizienzsteigerung der Antriebseinheiten bei. Das Aufspüren von Leckagen in Fluidsystemen, die Verschleißüberwachung von Getrieben, Lagern, Führungen und Dichtungen, die Zustandsüberwachung elektromechanischer Komponenten, all dies trägt dazu bei, an jedem Funktionselement einer Anlage die Verschwendung nicht nutzbarer Energie zu minimieren.
Automatisierungstechnik/Factory Automation
In der Automatisierungstechnik prägen die Themen Kommunikation und Sicherheit den Trend. Beide haben die Effizienzsteigerung in der Produktion als Ziel und liefern somit die Einsparpotentiale von morgen. Echtzeitfähigkeit ist ein Thema in dem sich diese beiden Trends begegnen. Hier wurde von den Ausstellern eindrucksvoll gezeigt, dass Sensorsignale simultan in eine Aktorbewegung umgesetzt werden können und die heute zur Verfügung stehenden Komponenten die Echtzeitfähigkeit garantieren. Bei Ausfällen von Komponenten oder Unterbrechungen in den Kommunikationswegen reagieren die Systeme sofort, was besonders bei sicherheitsrelevanten Anwendungen die Voraussetzung ist.
Der Datenfluss im Feld ist mit den in der Office-Welt vorliegenden Datenbeständen durchgängig vernetzt. Das Industrial Ethernet als zentrales Medium ermöglicht so Kommunikationskonzepte ohne Systembruch. Die richtige Information zur richtigen Zeit zu bekommen ist der Schlüssel für eine effiziente Produktion.
Internet und Mobiltelefon sind in die Sicherheits- und Kommunikationsstruktur der modernen Automatisierungstechnik integriert. Maschinenzustände lassen sich über Web-Seiten abfragen und Einstellungen ändern. Zustands und Alarmmeldungen werden im Rahmen von Condition Monitoring Systemen per SMS an die zuständigen Personen verschickt.
Ein zentrales Thema war die Verwendung des Industrial Ethernet als standardisiertes Übertragungsprotokoll bei vielen Komponentenlieferanten. Die Verständigung auf Standards schafft die Grundlage, dass komplexere Systeme mit Komponenten von unterschiedlichen Herstellern unproblematisch realisiert werden können.
Auch die Sensorik war wieder ein spannendes Thema. Die Miniaturisierung aller Komponenten und die immer intelligenteren Funktionen eröffnen in der Automatisierung neue Potentiale für geniale Lösungen. Hier vereinfacht die Nutzung von normierten und klaren Standardschnittstellen und Protokollen ebenfalls den Einsatz der im Bereich der Automatisierung präsentierten Produkte.
Energy
Anlagen und Systemlösungen für eine hocheffiziente und wirtschaftliche Energieerzeugung, -übertragung, -verteilung und -anwendung standen im Mittelpunkt des umfassenden Angebotsspektrums auf der diesjährigen Energy. Dabei waren insbesondere die vielfältigen Technologien für konventionelle und regenerative dezentrale Stromerzeugungsanlagen sowie deren sichere Einbindung in eine intelligente Netzinfrastruktur in Form von so genannten "Smart Grids" ein zentrales Thema. Unter Einsatz moderner Leistungselektronik, intelligenter Netzleitsysteme, Kommunikationsnetze und Informations-Technologien wird bei den weiter zunehmenden dezentralen Energieeinspeisungen die Anpassungsfähigkeit und Stabilität der Stromnetze und damit eine hohe Versorgungssicherheit auch zukünftig sichergestellt.
Besonders großes Interesse fanden die präsentierten Technologien zur umweltfreundlichen Nutzung von Biokraftstoffen für eine klimafreundliche Mobilität sowie insbesondere für den stationären Einsatz in Blockheizkraftwerken (BHKW) zur effizienten Erzeugung von Strom und Wärme.
Der Anteil der regenerativen Stromerzeugung wächst rasant und das weltweit. Allen voran stürmt weiterhin die Windenergie, deren zukünftige Entwicklung durch das in den nächsten Jahren im Binnenmarkt zu erwartende Repowering, also der Ersatz älterer leistungsschwacher Turbinen durch neue Anlagen, durch den Aufbau von Offshore-Windparks aber insbesondere durch die überdurchschnittlich wachsenden internationalen Märkte geprägt ist. Die präsentierten Windkraftanlagen wurden im Detail optimiert und sorgen durch verbesserte Aerodynamik, durch die Verwendung gewichtsreduzierter Systemkomponenten in Verbindung mit größeren Turmhöhen, sowie optimierter Betriebssicherheit mit Hilfe von Condition-Monitoring für eine noch effizientere Windenergienutzung.
Die Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologien präsentieren sich durch praxistaugliche Lösungen für portable, mobile und stationäre Anwendungen. Die Zuverlässigkeit und Langzeitstabilität der Systemkomponenten wurden erheblich verbessert. Vor allem im Fahrzeugbereich und zur dezentralen stationären Strom- und Wärmeversorgung in Gebäuden stehen die Brennstoffzellensysteme heute an der Schwelle zur Marktreife. Die Systemhersteller haben den Schritt vom Versuchslabor in die industrielle Praxis vollzogen und treiben den Ausbau einer automatisierten und kostengünstigen Brennstoffzellenfertigung voran.
Research & Technology
Der Großteil der vorgestellten Innovationen folgt dem Gebot zum effizienteren Einsatz von Energie und Material verbunden mit Steigerungen der Performance. Eine zentrale Rolle spielen weiterhin neue Verbundwerkstoffe deren Material- und Oberflächeneigenschaften auch durch Beimischung oder Auftrag von Nano-Partikeln eingestellt werden können. An konstruktiv optimierten Bauelementen, ein Kernthema auch der Bionik, wird der minimierte Einsatz von Material bei gleichzeitiger Gewährleistung von Stabilität, Steifigkeit und Haltbarkeit demonstriert. Die einhergehende Reduktion von Bauteilgewichten erweitert bestehende und eröffnet neue Anwendungsfelder, in denen hoch dynamische Bewegungen nur mit Masse optimierten Konstruktionen mit akzeptablem Energieaufwand zu erreichen sind. In Zusammenhang mit dem Aufkommen von Hochleistungswerkstoffverbunden und Verbundwerkstoffen mit komplexen inneren Strukturen werden Sensoriksysteme vorgestellt (dynamische Schall-, Dehnungs-, und Drucksensoren und nachgeschaltete Signalauswertungen), die ein lückenloses Monitoring der Konstruktionen im Hinblick auf Überlastereignisse und das Entstehen von verdeckten Ermüdungsschäden im Betrieb ermöglichen (Rotoren von Windenergieanlagen, Komponenten für den Flugzeugbau). Mit diesen Technologien können Wartungszyklen auf tatsächliche Materialveränderungen und messbaren Verschleiß bezogen und Schadensereignisse vor dem Ausfall eines Bauteiles effizient vermieden werden (structural health monitoring).
Im zentralen Themenfeld der Adaptronik erweitern so genannte Sensor/Aktuator Kombinationen die Einsatzbereiche auch von herkömmlichen Konstruktionen aus konventionellen Werkstoffen. Die intelligenten Bauelemente ermöglichen beispielsweise die Dämpfung von unerwünschten mechanischen Schwingungen, wenn sie verschleißerhöhend in Lagern, Bremsen, Kalandern oder in Werkzeugträgern bei der Materialbearbeitung auftreten.
