Antriebstechnik Wir müssen in einen Plug-and-play-Modus kommen

Autor: Stefanie Michel

In der Antriebstechnik hat die direkte Drehmomentregelung einen grundlegenden Meilenstein industrieller Entwicklung gelegt. Wir sprachen mit Dr. Barbara Frei, die bei ABB die Business Unit Drives and Controls verantwortet, wie sich Umrichter und die Fertigungsautomatisierung heute weiterentwickeln müssen.

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Nicht die Halbleiter bestimmen die Entwicklung von Umrichtern. Barbara Frei: „Die Applikationssoftware ist viel entscheidender. Genauso wie die Frage, wie schnell der Kunde das Produkt in seinen laufenden Prozess integrieren kann.“
Nicht die Halbleiter bestimmen die Entwicklung von Umrichtern. Barbara Frei: „Die Applikationssoftware ist viel entscheidender. Genauso wie die Frage, wie schnell der Kunde das Produkt in seinen laufenden Prozess integrieren kann.“
(Bild: Luca Siermann)

Frau Frei, ABB wird häufig als Energietechnik-Unternehmen wahrgenommen und nicht immer mit Antrieben in Verbindung gebracht. Welchen Stellenwert hat denn Ihre Business Unit Drives and Controls innerhalb von ABB?

Frei: Wir haben eine ziemlich große Bedeutung! Ich würde das gerne auf die Marktposition beziehen: Wir sind die Nummer eins bei den Niederspannungsantrieben und im hohen Leistungsbereich der Mittelspannungsantriebe nehmen wir ebenfalls den ersten Platz ein. In anderen Anwendungen sind wir meistens Nummer zwei oder drei. Das zeigt, dass wir ein wichtiger Bestandteil der ABB sind. Übrigens beschäftigen wir etwa 6600 Mitarbeiter in über 80 Ländern – das ist sicher ebenfalls eine Stärke von uns, in so vielen Ländern vertreten zu sein.

Halten Sie für die Anwender in diesen verschiedenen Ländern auch unterschiedliche Produktspektren vor, die speziell auf deren Bedürfnisse zugeschnitten sind?

Frei: Wir bedienen unterschiedliche Märkte, für die wir spezifische Produkte anbieten. Fast immer geht es um Zubehörteile oder um die Zertifizierung, der Kern der Produkte ist aber immer derselbe. Zum Beispiel wollen die Kunden in der Heiz- und Klimatechnik in den USA immer eine Bypass-Lösung, während wir in Europa andere Lösungen nutzen. Anders als in Deutschland und im Rest Europas fragen Märkte wie Russland, die USA und China Mittelspannungsanwendungen bis hinunter zu 200 kW nach.

In Deutschland ist Energieeffizienz für ABB ein großes Thema. Ist es das auch für andere Staaten, beispielsweise die BRIC-Staaten?

Frei: Auch. Wahrscheinlich ist es in Indien weniger ausgeprägt als in anderen Ländern. Aber in China zum Beispiel ist Energieeffizienz ein sehr großes Thema. Das wird vor allem getrieben durch die dortigen Probleme mit der Luftverschmutzung. Deshalb wurden jetzt neue Gesetze lanciert, die das Einsetzen von energieeffizienten Produkten voranbringen sollen. Es wird in diesen Ländern ebenfalls immer wichtiger, weil der Lebensstandard wächst und somit der Energiekonsum. Wenn man sich anschaut, wie der Bedarf steigt, dann kommt man gar nicht nach, entsprechende Energiekapazitäten aufzubauen.

Ein Beispiel für einen energieeffizienten Antrieb ist der Synchron-Reluktanzmotor mit Frequenzumrichter. Welchen Anteil hat ABB an der Entwicklung und Verbreitung dieser Motoren?

Frei: Im Jahr 2011 gehörten wir zu den Ersten, die dieses Produkt mit einem neuen Fokus auf den Markt gebracht haben. Die Technik der Synchron-Reluktanzmotoren war zwar nicht neu, aber wir haben diesen Motor ganz eindeutig positioniert: energieeffizient. Die beiden Treiber in dieser Positionierung waren der Standard IE4 und natürlich höherer Output bei kleinerer Baugröße.

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Zur Person

Barbara Frei hat an der ETH Zürich Maschinenbau studiert und dort promoviert. Sie arbeitet seit 1998 im ABB-Konzern und war schnell in verschiedenen leitenden Positionen tätig – zunächst in der Schweiz, ab 2008 als Country Manager in Prag. Zwei Jahre später wechselte sie als Country Manager nach Italien und übernahm die Verantwortung für die Mittelmeer-Region. Seit Herbst 2013 ist Barbara Frei für die Business Unit „Drives and Controls“ zuständig

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Wird es in diese Richtung weitergehen?

Frei: Wir haben ja zur Hannover-Messe 2014 den IE5-Konzeptmotor vorgestellt. Es wird also sicher weitergehen: noch effizienter und mit noch höherer Leistung. Das neue Motorenkonzept hat noch einen weiteren wichtigen Aspekt: Es werden keine Permanentmagnete aus Seltenerdmetallen verwendet, was in wirtschaftlicher und ökologischer Hinsicht nachhaltiger ist.

Was steckt hinter den Paketen, die Sie in diesem Zusammenhang anbieten?

Frei: Anders als in den 1930er-Jahren kommt es heute darauf an, Produkte zugeschnitten auf Applikationen und ausgestattet mit der richtigen Applikationssoftware zu liefern. Das bietet für uns die große Chance, standardisierte Pakete in den entsprechenden Applikationen parat zu halten. Für die HLK-Anwendungen haben wir jetzt zum Beispiel ein Paket neu definiert; auch für Winden und Krananwendungen gibt es spezifische Lösungen.

Und das gilt auch für den Synchron-Reluktanzmotor?

Frei: Der Synchron-Reluktanzmotor wird als sehr spezifisches Paket angeboten: Je nach Anwendung ist es für IE4 oder für eine Hochleistungsanwendung anders zusammengestellt.

Kann der Anwender die Komplexität noch nachvollziehen?

Frei: Im Internet gibt es für unsere Antriebspakete mit Synchron-Reluktanzmotor Wirkungsgradkurven für Pumpen- und Lüfteranwendungen. Die präzisen Daten sind ein großer Vorteil und helfen den Anwendern, die Energiekosten und Emissionen zu senken. Bislang gab es Effizienzdaten normalerweise nur für Motoren und auch nur für bestimmte Lastpunkte. Mit den Wirkungsgradkurven für die Pakete mit Synchron-Reluktanzmotor können die Kunden ihre Berechnungen zu Energieverbrauch und Amortisation jetzt auf Fakten bauen und sind nicht auf Annahmen beschränkt. Das ist wirklich ungewöhnlich.

Welche Bedeutung hat heute die eigene Halbleiterentwicklung auf die Entwicklung der Umrichter und der drehzahlgeregelten Antriebe?

Frei: Sie hat einen großen Einfluss bei hohen Spannungen und hohen Leistungen. Unser Hochleistungsprodukt, der ACS6000, ist mit ABB-Halbleitern bestückt. Es war in diesem Fall sehr entscheidend, diese IGBT-Technologie zu nutzen, die von ABB-Semiconductors stark gepusht wurde.

Wirkt es sich auch auf die Entwicklung von Umrichtern aus, wenn neue ABB-Halbleiter auf den Markt kommen?

Frei: Ja, natürlich. Das Entscheidende ist eine immer höhere Performance bei immer weniger Verlusten. Und dann gibt es ja noch den Spannungsbereich: Die Tendenz geht zu höheren Spannungen, die wir erreichen, indem Halbleiter in Serie geschaltet sind oder eben für höhere Spannungen zur Verfügung stehen. Aber ich würde sagen: Das war wahrscheinlich vor zehn Jahren noch viel wichtiger als heute. Heute ist schon vieles entwickelt, deshalb sehe ich die Halbleiter nicht mehr als den Treiber Nummer eins.

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Barbara Frei hat an der ETH Zürich Maschinenbau studiert und dort promoviert. Sie arbeitet seit 1998 im ABB-Konzern und war schnell in verschiedenen leitenden Positionen tätig – zunächst in der Schweiz, ab 2008 als Country Manager in Prag. Zwei Jahre später wechselte sie als Country Manager nach Italien und übernahm die Verantwortung für die Mittelmeer-Region. Seit Herbst 2013 ist Barbara Frei für die Business Unit „Drives and Controls“ zuständig

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Was ist dann heute der Treiber Nummer eins?

Frei: Heute sind meiner Meinung nach vor allem die Control-Technologie und die Software der Treiber. Die Applikationssoftware ist viel entscheidender. Wie empfindet der Kunde das Produkt? Wie erfährt er es beim Bestellen, bei der Inbetriebnahme, bei der Wartung? All diese Dinge sind heute viel wichtiger. Genauso wie die Frage, wie schnell der Kunde das Produkt in seinen laufenden Prozess integrieren kann. Das wird aus meiner Sicht einer der Treiber in der Zukunft sein.

Hatten die Kunden bisher denn Schwierigkeiten mit den Produkten?

Frei: Es ist schon so, dass ich als Mechaniker einen elektrischen Motor verstehe. Aber ein Drive ist etwas anderes. Früher war es nicht so leicht, einen Drive zu programmieren, das hat sich in den letzten Jahren sehr vereinfacht. Ich denke allerdings, da muss die Entwicklung noch weiter gehen.

Antriebe müssen also leichter zu bedienen und in Betrieb zu setzen sein. Wie setzt ABB das um?

Frei: Wir wollen auch eher konservative Anwender von unseren Drives überzeugen. Darauf stützt sich unser neues Plattformkonzept: Wir möchten für den Kunden alles einfacher machen. Einfacher beim Auswählen, einfacher beim Bestellen, einfacher beim Inbetriebsetzen. So muss man jetzt zum Beispiel große Anlagen mit über 1000 Antrieben im Prinzip nur einmal programmieren und kann dann über eine Memory-Card das Programm an alle Antriebe übertragen. Wir haben uns darauf konzentriert, dass bei Neuentwicklungen das Kundeninterface immer kongruenter und einfacher wird.

... und dann werden mehr Frequenzumrichter eingesetzt?

Frei: Bisher werden weltweit nur etwa 10 bis 12 % der Motoren mit Frequenzumrichtern geregelt. Wenn wir auf einen Durchschnitt von 20 % kämen – das würde ja rein vom Energieverbrauch her Sinn machen –, würde sich hier ein sehr großer Markt öffnen.

Welche Schwerpunkte bestimmen die derzeitige Forschung bei den Antrieben?

Frei: In der Forschung betrachten wir einen Zeitraum von zehn Jahren. Als Trend sehen wir zum einen, dass der Markt zu höheren Spannungen tendiert, und zum anderen testen wir neue Materialien für Halbleiter.

Wie stark ist die Antriebstechnik aktuell von den Entwicklungen in der Elektronik und in der Elektrotechnik getrieben?

Frei: Es gibt immer mehr Rechenprozessoren, die sehr leistungsfähig sind. Das bedeutet: Man kann immer mehr Funktionen in die eigentliche Control-Hardware integrieren. Heute lassen sich auch die Feldbusse mit integrieren, was früher eigentlich nicht möglich war, weil einfach die Rechenleistung fehlte. Aber dieser Trend wird sich sicher fortsetzen.

Haben gesetzliche Vorschriften Auswirkungen im Hinblick auf die Antriebe? Sind Sie getrieben durch diese Vorschriften?

Frei: Ich glaube, wir sind weniger getrieben als die Motorenhersteller, weil ein Frequenzumrichter an sich schon energieeffizient ist. Wir sind eher getrieben durch ganz branchenspezifische Anforderungen. Wenn der Antrieb zum Beispiel in rauen Umgebungen genutzt werden soll, dann muss die Schutzklasse des Drives IP65 sein.

Häufig sind die Antriebe integriert in ein komplexes Automatisierungskonzept. Wie sorgt ABB dafür, dass sie zuverlässig arbeiten beziehungsweise beim Ausfall ein zuverlässiger Servicepartner vor Ort ist?

Frei: Zum einen versuchen wir ja schon in der Entwicklung eine hohe Zuverlässigkeit zu erreichen, indem wir auch entsprechende Tests machen. Zudem haben wir in den letzten paar Jahren sehr viel investiert, auch in Test-Infrastruktur. Dann geht es natürlich auch darum, unsere Partner und Field-Service-Leute entsprechend für eine erfolgreiche Inbetriebsetzung zu schulen. Ich hatte es schon gesagt: Wir sind in 80 Ländern vertreten und in den meisten Ländern haben wir auch Serviceleute. Dazu kommt noch unser Servicenetzwerk mit den Partnern. Die verkaufen unsere Drives, aber sie können sie auch warten. Und wir haben spezifische Produkte entwickelt, wie zum Beispiel die Preventive Maintenance Kits zur vorbeugenden Wartung, um auch Kunden anzuleiten, wann es Sinn macht, bestimmte Teile zu ersetzen oder den Drive zu warten. Zuletzt gibt es natürlich auch noch das Condition Monitoring. Das wird vor allem in größeren Anlagen eingesetzt, wo im Prinzip eine Zentralüberwachung stattfindet.

Die Zuverlässigkeit ist ja auch in einer „Industrie 4.0“ eine wichtige Komponenten. Welche Möglichkeiten werden sich für Antriebe durch eine vernetzte, intelligente Produktion ergeben?

Frei: Vielleicht wird die SPS in Zukunft nur noch im Drive sein, aber ich denke, es ist ein langer Weg dorthin. Ich glaube, Industrie 4.0 ist der richtige Weg. Wir müssen in einen Plug-and-play-Modus kommen – auch in der industriellen Automatisierung – und hier geht es wirklich um die Standardisierung zwischen den Geräten. Das ist der viel größere Wert. Und wir müssen erreichen, wie mit meinem Handy, dass ich das Gerät anstelle und es funktioniert – ob ich in Deutschland bin oder in England, spielt keine Rolle. Genauso sollte es eigentlich mit den Geräten sein in einer solchen Fabrikautomatisierung.

* Das Interview führte MM-Redakteurin Stefanie Michel

(ID:42838125)

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Journalist, MM MaschinenMarkt