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Ganzheitlicher Ansatz

Elektromotoren
Ganzheitlicher Ansatz

Wirkungsgrad, Zuverlässigkeit und Gesamtbetriebskosten sind entscheidende Faktoren bei allen technischen Überlegungen. Wer dabei die Einzelkomponenten isoliert betrachtet, wird das Potenzial jedoch niemals voll ausschöpfen. Erst wenn man sich die Gesamtanwendung anschaut und die besten Technologien der einzelnen Bereiche kombiniert, sind wirklich relevante Einsparungen und Effizienzsteigerungen zu erreichen.

 

Der Autor: Markus Kutny, Product Manager Energy Efficient Solutions, Bauer Gear Motor, Straubing

In den vergangenen Jahren hat man sich auf Wirkungsgradverbesserungen bei Elektromotoren konzentriert, was teilweise an den neuen Vorschriften für Hersteller und Anwender lag. Bei dem Gesamtwirkungsgrad von Antriebssystemen mit Elektromotor muss aber auch die mechanische Komponente untersucht werden, wo ein ganz erhebliches Optimierungspotenzial besteht.
Höhere Motoreffizienz
65 % des industriellen Energieverbrauchs gehen auf das Konto von Elektromotoren. Wenige wissen, dass die Lebensdauerkosten von Elektromotoren zu 96 % Energiekosten sind, was zeigt wie wichtig es ist, die Anschaffungskosten ins Verhältnis zur Gesamteffizienz zu setzen. Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSM) erfüllen bereits die Anforderungen der zukünftigen Effizienzklasse IE4 (Super Premium Efficiency). Hier besteht ein Energieeinsparungspotenzial in der Größenordnung von bis zu 40 % gegenüber einem Käfigläufermotor der Effizienzklasse IE2 mit Umrichterantrieb.
Die Synchronbauweise der PMSM hat auch den Vorteil hoher Drehzahlkonstanz, unabhängig von der Last. Ein weiterer Vorteil ist, dass diese Bauart Wärmeverluste am Läufer um 100 % und Gesamtverluste um etwa 25 % reduziert und den Gesamtwirkungsgrad um 10 % oder mehr steigert. Diese Leistungssteigerung bedeutet geringere Gesamtbetriebskosten, eine Reduzierung des CO2-Ausstoßes und kontinuierliche Einsparungen.
Vorteile des Permanentmagnet-Synchronmotors
Verbesserte Technologie und höhere Effizienz führen zu höheren Anschaffungskosten, die sich allerdings über die Nutzungsdauer des PMSM bald rentieren. Zur Prüfung hat Bauer Gear Motor an einem direkten Vergleich teilgenommen, bei dem ein Asynchronmotor (ASM) mit Umrichterantrieb und ein PMSM dieselbe Aufgabe erfüllen mussten. Der für die Lastüberwachung der einzelnen Motoren programmierte Frequenzumrichter war zudem dafür zuständig, dass beide Motoren mit optimalem Wirkungsgrad arbeiteten.
Damit eventuelle Differenzen ausschließlich dem jeweiligen Motor zuzuschreiben waren, verwendeten beide Antriebe dasselbe Getriebe. Im Ergebnis ergab die Erprobung 40 % Energieeinsparung des PMSM im Vergleich zum ASM. Hochgerechnet auf einen Zeitraum von vier Jahren sind das 1022 kW.
Auslegung des Antriebsstrangs
Um ein Produkt zu entwickeln, das sich durch einen hohen Wirkungsgrad, Laufruhe, Geräuscharmut und große Zuverlässigkeit auszeichnet, braucht es Erfahrung und Expertenwissen. Weitere Vorteile bietet eine gute Konstruktionspraxis, wenn der Antriebsstrang optimal in die Anwendung integriert ist.
Weniger effiziente Bauweisen, wie Schneckengetriebemotoren, lassen sich durch integrale Kegelradgetriebemotoren ersetzen. Hierbei entfallen Kupplung und Lager, sodass eine nahezu 100%ige Übertragungseffizienz erreicht wird. In manchen Fällen lohnt sich ein noch höherer Integrationsgrad dieses Prozesses. Durch frühestmögliche Zusammenarbeit mit den Konstrukteuren sind in puncto Kostenaufwand und Energieverbrauch deutliche Effizienzsteigerungen möglich.
Einsatz von Antriebskupplungen
Kupplungen sollen Wellenversatz ausgleichen, wie er z. B. auftritt, wenn eine der verbundenen Wellen in einem Pendellager geführt wird oder zwischen Antrieb und Last eine Zwischenwelle sitzt. Eine Kupplung zum Ausgleich eines Winkelversatzes ist das einfache Kardangelenk. Kardangelenke können auch größeren Versatz ausgleichen und fungieren als Torsionsdämpfer.
Durch Führung beider Wellen in Pendellagern kann Nullversatz erreicht werden. Dann reicht eine Festkupplung, welche die perfekt ausgerichtete Wellenbaugruppe lediglich trägt. Die Grundkomponenten flexibler Kupplungen sind zwei Flansche oder Naben zur Montage auf den zu verbindenden Wellen sowie ein Verbindungselement. Dieses kann aus Metall gefertigt sein wie im Fall einer Scheibenkupplung. Eine andere Möglichkeit ist eine Manschette aus einem Elastomermaterial oder ein mechanisches Verbindungselement wie bei einer Kreuzgelenk- oder Zahnkupplung.
Ein gemeinsamer Ansatz
Diese Ausführungen verdeutlichen die Energieeinsparungen, die durch Einzelbetrachtung aller Aspekte des Antriebsstrangs möglich sind und noch deutlicher ausfallen können, wenn die gesamte Konstruktion in der Hand eines einzelnen Spezialanbieters liegt.
Nach Prüfung der mechanischen Optimierungsmöglichkeiten und entsprechenden Maßnahmen können unter Umständen die Leistungsanforderungen an den Elektromotor reduziert werden. Durch Installation eines kleineren Motors, der eine wirkungsgradoptimierte Mechanik antreibt, lässt sich der gesamte Energieverbrauch senken. Von aufeinander abgestimmten Komponenten profitiert zudem die Zuverlässigkeit des Systems.
Bei Bauer Gear Motor arbeiten Ingenieure mit langjähriger Erfahrung in der Planung individueller Kraftübertragungssysteme für viele verschiedene Industriezweige. Zur ihrer Erfahrung zählt auch die Einsicht, dass man sich mit der Geschichte seines Fachgebiets befassen muss, um dessen Weiterentwicklung voranzutreiben.
Letztendlich bietet Bauer Gear Motor hochwertige, technisch solide und vor allem zuverlässige und effiziente Lösungen mit reaktionsschnellen Entwicklungs- und Prototypingkapazitäten und kurzen Lieferzeiten sowie ein großflächiges, weltweites Vertriebs- und Partnernetzwerk mit Ansprechpartnern und Vor-Ort-Support an allen Endanwendungsstandorten. I

Info & Kontakt

Bauer Gear Motor GmbH
Markus Kutny, Product Manager Energy Efficient Solutions
Tel.: 09421 9298973
Detaillierte Informationen zu energieeffizienten Antriebslösungen
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