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Ein Rückblick auf 50 Jahre Frequenzumrichter und die Maschinen, die die industrielle Automatisierung verändert haben.
Im letzten halben Jahrhundert bis zum Jahr 2023 fand eine technologische Revolution statt, die manchmal übersehen wird. Es ist eine Zeitspanne, in der führende Entwickler und Hersteller von Umrichtern an der Spitze der industriellen Innovation und des Wandels standen.
Wir möchten einen Blick darauf werfen, wie sich Umrichter in die breitere Geschichte der industriellen Automatisierung einfügen, und mehr darüber erfahren, wie diese Geschichte unsere Lebensweise geprägt hat.
Die Effizienz der Mechanisierung gegenüber der menschlichen Arbeit reicht Jahrhunderte zurück
Vor über 2 Millionen Jahren begann der Mensch in Ostafrika, Steine als Werkzeuge zu schleifen. Seit dieser Zeit haben wir immer ausgefeiltere Werkzeuge und Geräte entwickelt, um Aufgaben effizienter und produktiver zu erledigen, als es der Mensch allein könnte. Die moderne Geschichte der industriellen Automatisierung, oder davon, wie wir lernten, Maschinen anstelle von Menschen einzusetzen, um Dinge herzustellen, beginnt mit der industriellen Revolution im Großbritannien des 18. Jahrhunderts.
Neue Erfindungen wie die Spinnmaschine (die automatisch viele Spulen mit Baumwoll- oder Wollgarn gleichzeitig spinnen konnte) und der Webstuhl (eine Maschine zum Weben von Stoffen) steigerten die Geschwindigkeit und Effizienz in der Textilproduktion erheblich, und die Entwicklung der Dampfmaschine bot eine neue Kraftquelle, die die menschliche Muskelkraft ersetzen konnte.
Schon bald veränderten dampfgetriebene Maschinen die Fertigungs- und andere Industrien. Sie konnten durchgehend arbeiten und Waren schneller produzieren als Menschen, die von Hand arbeiteten. Dies ermöglichte die Massenproduktion von Waren in Fabriken, was zu niedrigeren Preisen und höherer Verfügbarkeit für die Verbraucher führte.
Automatisierte Fertigung wegweisend für die moderne Gesellschaft
Die neuen automatisierten Herstellungsverfahren verbreiteten sich im Laufe des 19. Jahrhunderts in ganz Europa und in den Vereinigten Staaten. Das Wirtschaftswachstum explodierte und die Bevölkerung wuchs. Mit dem Übergang von der landwirtschaftlichen zur industriellen Arbeit zogen die Menschen vom Land in die Städte, Großfamilien trennten sich und neue Ideen und Identitäten setzten sich durch. Ob nun zum Guten oder zum Schlechten – die moderne Gesellschaft nahm Gestalt an.Mit der Einführung des Fließbands in der industriellen Fertigung machte die Automatisierung einen weiteren Sprung nach vorn. Die Idee, ein Produkt entlang einer Fertigungslinie zu bewegen, so dass jeder Arbeiter sich auf eine bestimmte Aufgabe spezialisieren und diese immer wieder an einer anderen Einheit ausführen konnte, war nicht neu, aber die Einführung mechanisierter Förderbänder im späten 19. Jahrhundert erweiterte die Möglichkeiten des Fließbands.
Fließbänder ermöglichten die Massenproduktion von Waren
Henry Ford begann 1913 im Ford-Werk Highland Park in Michigan, USA, mit der Fließbandproduktion des Model T. Alle 3 Minuten lief ein Auto vom Band; pro Auto wurden nur noch 1,5 Arbeitsstunden benötigt – im Vergleich zu 12 Arbeitsstunden vorher. Die Kostensenkung machte komplexe Industriegüter wie Autos erstmals auch für einfache Arbeiter erschwinglich, selbst wenn die starren Abläufe am Fließband die Wahlmöglichkeiten der Verbraucher einschränkten – Ford erklärte, Ihr Auto könne jede beliebige Farbe haben, solange es nur schwarz sei!Das Fließband ermöglichte die Massenproduktion von Gütern in einem viel schnelleren Tempo als bei traditionellen Fertigungsmethoden. Es führte auch zur Entwicklung von spezialisierten Maschinen und Werkzeugen, die bestimmte Aufgaben nacheinander ausführen konnten.
Frequenzumrichter haben die Möglichkeiten des Elektromotors erweitert
Die Industrialisierung des 18. und 19. Jahrhunderts wurde durch Dampf angetrieben, aber die Fortschritte des 20. Jahrhunderts basierten auf der effizienteren und besser steuerbaren Kraft der Elektrizität. Der britische Wissenschaftler Michael Faraday entdeckte 1813 das Prinzip der Stromerzeugung durch ein Magnetfeld, und der serbisch-amerikanische Erfinder Nikola Tesla trug Ende des 19. Jahrhunderts maßgeblich zur Entwicklung funktionsfähiger Elektromotoren bei.Elektrizität hatte als Energiequelle viele Vorteile: Sie war sauber, effizient, leicht zu transportieren, leistungsstark und konnte im Gegensatz zu einem Pferd oder einer Dampfmaschine im Handumdrehen ein- und ausgeschaltet werden. Die Entwicklung von Elektromotoren erweiterte die Möglichkeiten der industriellen Automatisierung erheblich. Sie trieben Maschinen an, die effizienter und kontrollierbarer waren als dampfbetriebene Maschinen.
Das volle Potenzial von Elektromotoren in der Automatisierung konnte jedoch erst mit der Erfindung des Frequenzumrichters in den 1950er Jahren ausgeschöpft werden. Frequenzumrichter steuern die Drehzahl und das Drehmoment (die verfügbare Drehkraft) von Elektromotoren, was eine präzise Steuerung der Bewegungen von Maschinen und anderen automatisierten Systemen ermöglicht, die für komplexe Prozesse und die Handhabung empfindlicher Materialien unerlässlich ist.
Durch diese Fähigkeit, Drehzahl und Drehmoment der Motoren präzise steuern zu können, ermöglichten Umrichter die Automatisierung auch anspruchsvollerer Prozesse. Außerdem ermöglichen sie erhebliche Energieeinsparungen, indem sie die Drehzahl der Motoren so anpassen, dass sie nur bei Bedarf die erforderliche Last liefern. Außerdem verbessern sie die Zuverlässigkeit der Systeme und verlängern die Lebensdauer der Geräte, indem sie den Verschleiß der Motoren verringern.
Umrichter wurden günstiger, zuverlässiger und leistungsfähiger
Die frühen Umrichter waren sperrig und unzuverlässig. Dies änderte sich, als eine Reihe von kleineren, günstigeren, zuverlässigeren, leistungsfähigeren und intelligenteren Umrichtern auf den Markt kamen, um den steigenden Anforderungen der Verbraucher gerecht zu werden. Zu dieser Zeit wurde das weltweit erste vollständig mikroprozessorgesteuerte Steuergerät entwickelt und eingeführt. Leistungsfähigkeit, Flexibilität und Steuerbarkeit der neuen Umrichter haben die Möglichkeiten von Elektromotoren in der industriellen Automatisierung grundlegend erweitert. Der Einsatz von Umrichtern ist heute weit verbreitet, und fast jede noch so komplizierte Aufgabe kann heute automatisiert werden.Moderne Umrichter verfügen über fortschrittliche Rechen- und Kommunikationskapazitäten, die eine vollständige Integration in komplexe autonome Produktionssysteme mit künstlicher Intelligenz (KI) ermöglichen. KI-Algorithmen werden eingesetzt, um Daten zu analysieren, Vorhersagen zu treffen und Aktionen in Echtzeit zu entscheiden. Dadurch können Maschinen unabhängiger arbeiten und sich leicht an veränderte Bedingungen anpassen. Dies hilft dabei, Produktionsprozesse zu optimieren, die Qualitätskontrolle zu verbessern und Kosten zu senken. KI wird in der industriellen Produktion immer wichtiger und hat die Automatisierung auf ein neues Niveau gehoben. Einige Experten sind sogar der Meinung, dass in der Zukunft ein echtes Risiko besteht, dass KI-Maschinen der menschlichen Überwachung entkommen und versuchen, die Kontrolle selbst zu übernehmen!
Eine weitere wichtige Entwicklung in den 1960er Jahren war die Einführung von Robotern in der Fertigung. Heute sind Roboter in der Lage, Aufgaben mit einem hohen Maß an Präzision und Geschwindigkeit auszuführen, und sind ein wichtiger Bestandteil vieler automatisierter Prozesse. Sie können im Dauerbetrieb arbeiten, was die Effizienz und Produktivität steigert, und sind besonders nützlich in Situationen, die für Menschen gefährlich sind. Und Besitzer von Staubsaugerrobotern wissen, dass sie auch für langweilige und sich wiederholende Aufgaben nützlich sein können!
Die Automatisierung hat jeden Aspekt unserer Gesellschaft beeinflusst
Wie sieht die Zukunft der industriellen Automatisierung aus? Der Begriff „Internet der Dinge“ (Internet of Things, IoT) beschreibt ein Netzwerk von intelligenten Geräten mit Sensoren und Verarbeitungsfunktionen, die miteinander kommunizieren können. Die Integration von KI und IoT in die industrielle Automatisierung bedeutet, dass Produktionssysteme selbständig erkennen, analysieren und Entscheidungen treffen können, wobei die Umrichter die entscheidende Verbindung zwischen dem digitalen Gehirn und dem physischen Muskel des Elektromotors herstellen.
In den letzten 250 Jahren seit der Spinnmaschine zu Beginn der industriellen Revolution haben wir einen weiten Weg zurückgelegt. Die Möglichkeiten und der Umfang der industriellen Automatisierung haben jeden Aspekt unserer Gesellschaft beeinflusst und werden dies auch in Zukunft tun. Maschinen können heute fast alles tun, was Menschen können. Aber nur wir können entscheiden, ob wir diese Möglichkeiten nutzen, um das Leben für uns und den Rest des Planeten besser oder schlechter zu machen.
