Was ist SINAMICS und wofür werden Siemens-Frequenzumrichter eingesetzt?

SINAMICS ist die Frequenzumrichter-Familie von Siemens und dient dazu, die Drehzahl und das Drehmoment elektrischer Motoren präzise zu regeln. Statt eines Motors, der immer mit fester Netzfrequenz läuft, passt ein SINAMICS-Umrichter die Ausgangsfrequenz und -spannung exakt an den jeweiligen Prozessbedarf an. Das spart Energie, schont Maschinen und ermöglicht anspruchsvolle Automatisierungsaufgaben. Die folgenden Abschnitte beantworten die wichtigsten Fragen rund um Technik, Einsatzgebiete, Baureihen und Integration dieser Antriebslösungen.

Wie funktioniert ein SINAMICS-Frequenzumrichter technisch?

Ein SINAMICS-Frequenzumrichter wandelt die eingespeiste Netzwechselspannung zunächst in Gleichspannung um und erzeugt daraus anschließend eine neue Wechselspannung mit variabler Frequenz und Amplitude. Durch diese Zwischenkreistechnik kann der angeschlossene Motor stufenlos von Stillstand bis zur Nenndrehzahl geregelt werden, ohne mechanische Verluste durch Drosselventile oder Kupplungen.

Der technische Ablauf lässt sich in drei Stufen gliedern:

Gleichrichter: Die Netzwechselspannung wird in eine stabile Gleichspannung umgewandelt und im Zwischenkreis gepuffert.
Zwischenkreis: Kondensatoren glätten die Spannung und stellen eine konstante Energiereserve bereit, die auch kurze Lastspitzen abfängt.
Wechselrichter: Leistungshalbleiter (IGBTs) erzeugen durch Pulsweitenmodulation (PWM) eine synthetische Wechselspannung mit der gewünschten Frequenz und Spannung.

Die integrierte Regelungselektronik überwacht dabei kontinuierlich Strom, Spannung und Motortemperatur. Moderne SINAMICS-Geräte unterstützen sowohl einfache U/f-Kennliniensteuerung als auch hochdynamische Vektorregelung mit oder ohne Geber, was sie für ein breites Spektrum von Anwendungen geeignet macht.

In welchen Branchen und Anwendungen werden SINAMICS-Umrichter eingesetzt?

SINAMICS-Frequenzumrichter werden branchenübergreifend überall dort eingesetzt, wo elektrische Antriebe drehzahlvariabel betrieben, präzise positioniert oder energieeffizient geregelt werden müssen. Das umfasst die Fertigungsindustrie, die Prozessindustrie, den Gebäudebetrieb sowie die Infrastruktur.

Typische Einsatzgebiete im Überblick:

Fertigungslinien und Abfüllanlagen: Bandgeschwindigkeiten, Füllventile und Transportbänder werden synchronisiert und bedarfsgerecht geregelt.
Pumpen und Lüfter: Statt fester Netzdrehzahl passt der Umrichter die Fördermenge dem tatsächlichen Bedarf an, was den Energieverbrauch erheblich senkt.
Kompressoren: Druckregelung ohne mechanische Drosselung verbessert Effizienz und Lebensdauer.
Werkzeugmaschinen und Robotik: Hochpräzise Positionierung und Achsengleichlauf erfordern dynamische Antriebsregelung.
Krananlagen und Fördertechnik: Sanftes Anfahren und kontrolliertes Bremsen schützen Lasten und Mechanik.
Gebäudetechnik: Klimaanlagen, Aufzüge und Kühlsysteme profitieren von variabler Drehzahlregelung.

Besonders in der Getränke- und Verpackungsindustrie, der Automobilzulieferung sowie in der chemischen und pharmazeutischen Produktion sind SINAMICS-Lösungen weit verbreitet, weil dort sowohl Präzision als auch Energieeffizienz gleichzeitig gefordert werden.

Was sind die wichtigsten SINAMICS-Baureihen und worin unterscheiden sie sich?

Siemens unterteilt das SINAMICS-Portfolio in mehrere Baureihen, die sich nach Leistungsklasse, Anwendungskomplexität und Integrationsstufe unterscheiden. Die beiden bekanntesten sind SINAMICS G120 für allgemeine Antriebsaufgaben und SINAMICS S120 für anspruchsvolle Mehrachsanwendungen.

SINAMICS G120: der Allrounder für Standardanwendungen

Der SINAMICS G120 ist ein modularer Umrichter für den Leistungsbereich von etwa 0,37 kW bis 250 kW. Er eignet sich hervorragend für Pumpen, Lüfter, Kompressoren und einfache Förderanlagen. Das modulare Konzept aus Control Unit und Power Module erlaubt flexible Konfigurationen und vereinfacht den Austausch einzelner Komponenten im Servicefall. Dank integrierter Safety-Funktionen wie STO (Safe Torque Off) erfüllt er aktuelle Maschinensicherheitsnormen ohne externe Schutzbeschaltung.

SINAMICS S120: die Hochleistungsplattform für Mehrachssysteme

Der SINAMICS S120 richtet sich an anspruchsvolle Motion-Control-Anwendungen mit mehreren koordinierten Achsen, hoher Dynamik und Präzisionsanforderungen. Typische Einsatzfelder sind Werkzeugmaschinen, Druckmaschinen, Prüfstände und Roboterapplikationen. Die Baureihe unterstützt Vektorregelung mit Geber, Servoregelung und lässt sich eng mit der Siemens-Steuerungsplattform SINUMERIK und SIMATIC koppeln. Mehrere Achsen teilen sich einen gemeinsamen Zwischenkreis, was die Rückspeisung von Bremsenergie zwischen Achsen ermöglicht.

Daneben gibt es weitere Baureihen wie den kompakten SINAMICS G110 für einfachste Applikationen, den SINAMICS V20 als kostenoptimierte Einstiegslösung sowie den SINAMICS S210 für Servoantriebe mit einfacher Inbetriebnahme. Die Wahl der richtigen Baureihe hängt von Leistungsbedarf, Dynamikanforderungen, Achsanzahl und dem gewünschten Integrationsgrad ab.

Welche Energieeinsparungen sind mit SINAMICS-Frequenzumrichtern realistisch?

Bei drehzahlgeregelten Pumpen und Lüftern lassen sich mit einem Frequenzumrichter realistisch 30 bis 50 Prozent des Stromverbrauchs einsparen, verglichen mit einem Motor, der permanent mit Nenndrehzahl läuft und die Fördermenge mechanisch drosselt. Die Einsparung folgt dem physikalischen Gesetz der kubischen Abhängigkeit: Eine Drehzahlreduzierung um 20 Prozent halbiert grob den Leistungsbedarf.

Dieser Zusammenhang ist für die Praxis entscheidend: Viele Pumpen und Lüfter laufen im Dauerbetrieb bei deutlich geringerer Last als ausgelegt. Ohne Frequenzumrichter wird überschüssige Energie durch Drosselung vernichtet. Mit einem SINAMICS-Umrichter wird stattdessen nur die tatsächlich benötigte Energie aufgenommen.

Weitere Einsparpotenziale entstehen durch:

Sanftanlauf: Reduzierte Anlaufströme entlasten das Netz und verlängern die Lebensdauer von Motor und Mechanik.
Energierückspeisung: Bestimmte SINAMICS-Varianten speisen Bremsenergie ins Netz zurück, statt sie als Wärme zu vergeuden.
Optimierte Motorauslastung: Die Regelung hält den Motor stets im effizienten Betriebspunkt.

Bei Anwendungen mit konstanter Last, etwa Förderbändern mit gleichbleibender Geschwindigkeit, fällt der Einspareffekt geringer aus. Dort überwiegen andere Vorteile wie Prozessgenauigkeit und Schutzfunktionen.

Wie wird SINAMICS in eine SPS- oder Prozessleitsystem-Umgebung integriert?

SINAMICS-Frequenzumrichter kommunizieren mit übergeordneten Steuerungen über standardisierte Feldbusschnittstellen. Am häufigsten kommt PROFINET zum Einsatz, das eine Echtzeitkommunikation zwischen SIMATIC-SPS und SINAMICS-Antrieb über Ethernet-Infrastruktur ermöglicht. Ältere Anlagen nutzen PROFIBUS, während moderne Architekturen zunehmend auf Ethernet-basierte Protokolle setzen.

Die Integration läuft typischerweise in folgenden Schritten ab:

Parametrierung: Mit dem Siemens-Engineeringtool STARTER oder dem TIA Portal wird der Umrichter auf den angeschlossenen Motor und die Anwendungsanforderungen eingestellt.
Netzwerkanbindung: Der Umrichter erhält eine Geräteadresse und wird in die Netzwerktopologie der Anlage eingebunden.
SPS-Programmierung: Im TIA Portal werden Antriebsobjekte projektiert, Sollwerte übergeben und Statusmeldungen ausgewertet.
Inbetriebnahme: Motoridentifikation, Regleroptimierung und Funktionstest schließen die Integration ab.

Für Prozessleitsysteme stehen zusätzlich OPC-UA-Schnittstellen und PROFIBUS-PA-Varianten zur Verfügung. Die Steuerungs- und Automatisierungstechnik profitiert dabei von der engen Verzahnung zwischen SINAMICS und SIMATIC, weil beide Plattformen aus demselben Engineering-Werkzeug heraus projektiert werden. Das reduziert den Aufwand für Datenpflege und Fehlersuche erheblich.

Wichtig für die OT-Sicherheit: Frequenzumrichter sind Netzwerkteilnehmer und müssen in das Sicherheitskonzept der Anlage einbezogen werden. Segmentierung durch VLANs und der Einsatz von Firewalls zwischen IT- und OT-Netz gelten heute als Standard.

Wann sollte ein Unternehmen einen Fachbetrieb für SINAMICS-Projekte beauftragen?

Ein Fachbetrieb sollte immer dann beauftragt werden, wenn die Antriebsaufgabe über den einfachen Einzelantrieb hinausgeht, Safety-Anforderungen erfüllt werden müssen oder die Integration in eine bestehende Automatisierungslandschaft komplex ist. Auch bei Neuanlagen, bei denen Motorauslegung, Umrichterauswahl und Steuerungsprogrammierung aufeinander abgestimmt sein müssen, ist externes Fachwissen sinnvoll.

Konkrete Situationen, in denen ein Spezialist hinzugezogen werden sollte:

Mehrachsanwendungen mit Achsengleichlauf oder Positionieraufgaben
Anlagen mit funktionaler Sicherheit nach EN ISO 13849 oder IEC 62061
Retrofit bestehender Anlagen, bei denen Kompatibilität und Verfügbarkeit gesichert sein müssen
Erstintegration von SINAMICS in ein vorhandenes SCADA- oder MES-System
Anlagen mit hohen Verfügbarkeitsanforderungen, bei denen Fehlparametrierungen Produktionsausfälle verursachen

Selbst bei scheinbar einfachen Anwendungen lohnt sich die fachkundige Auslegung, weil ein falsch dimensionierter Umrichter entweder überlastet wird oder unnötig viel Investition bindet.

Wie wir bei KSV SINAMICS-Projekte umsetzen

Als zertifizierter Siemens Solution Partner für Factory Automation und Drives & Motion planen, projektieren und nehmen wir SINAMICS-basierte Antriebslösungen für Kunden aus der Industrie, der Getränkeproduktion, dem Maschinenbau und weiteren Branchen in Betrieb. Unser Leistungsumfang umfasst dabei den gesamten Projektstrang:

Bedarfsanalyse und Motorauslegung passend zur Anwendung
Auswahl der geeigneten SINAMICS-Baureihe (G120, S120 oder weitere) und Konfiguration der Hardware
Schaltschrankbau inklusive Verdrahtung und Kabelprüfung
SPS-Programmierung im TIA Portal und Integration in PROFINET- oder PROFIBUS-Netzwerke
Inbetriebnahme vor Ort mit Motoridentifikation, Regleroptimierung und IO-Check
Umsetzung von Safety-Funktionen nach geltenden Normen
Retrofit bestehender Anlagen mit minimalen Stillstandszeiten

Dabei arbeiten wir herstellerunabhängig, wo es sinnvoll ist, und setzen SINAMICS dort ein, wo die Plattform den größten Mehrwert bietet. Ob Einzelantrieb oder komplexe Mehrachsanlage: Wir liefern eine betriebsbereite Lösung aus einer Hand. Sprechen Sie uns an und schildern Sie uns Ihre Anforderungen. Wir beraten Sie unverbindlich und entwickeln gemeinsam mit Ihnen das passende Antriebskonzept.