Effizienzsteigerung von Servoantrieben in Werkzeugmaschinen mittels adaptiver Pulsweitenmodulation

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Alexander Verl
• Fachliche Zuordnung: Produktionssystematik, Betriebswissenschaften, Qualitätsmanagement und Fabrikplanung
• Förderung: Förderung seit 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 262962563

Einer der größten Energieverbraucher in produktionstechnischen Anlagen sind Komponenten zur Bewegungserzeugung. Grundsätzlich weisen die Servoantriebe moderner Werkzeugmaschinen einen guten Wirkungsgrad auf. Dennoch werden sie durch häufig wechselnde Zustände der Anlage nur selten im optimalen Arbeitspunkt betrieben und erzeugen somit relativ hohe Verluste. Die wirtschaftliche Steigerung der Effizienz ist somit nur mittels Betrachtung der Servoantriebe als Teil einer Produktionsanlage möglich. Dank dieser ganzheitlichen Herangehensweise wird in diesem Projekt das Potenzial für erhebliche Energieeinsparung aufgedeckt und verwirklicht.In dem Vorhaben werden Verfahren zur Erhöhung der Energieeffizienz von Servoantrieben in Werkzeugmaschinen durch selbst-adaptive Anpassung der PWM-Frequenz entwickelt. Der Grundgedanke dabei ist, die PWM-Frequenz dem aktuellen Zustand der Werkzeugmaschine anzupassen, ohne dass sich hieraus Nachteile hinsichtlich Stabilität, Qualität oder Dynamik des Bearbeitungsprozesses ergeben. In Betriebszuständen mit hohen Anforderungen an die Regelgüte erfolgt der Betrieb mit maximal möglicher PWM-Frequenz mit dem bestmöglichen Regler-Parametersatz. In zahlreichen Betriebszuständen bei denen die Anforderungen geringen sind, erfolgt hingegen eine Absenkung der PWM-Frequenz und eine automatische Adaption der Regelparameter, wodurch sich die anfallenden Schaltverluste in den Halbleiterbauelementen entscheidend reduzieren lassen. Die Folge davon ist eine erhebliche Effizienzsteigerung und eine Senkung der während der Produktion anfallenden Energiekosten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Armin Lechler