November 2011
  • Nach der neuen EU-Verordnung Nr. 640/2009 dürfen in definierten Leistungs- und
  • Einsatzbereichen nur noch die energieeffizienten IE2-Motoren (High Efficiency) zum Einsatz kommen.
  • Mit der neuen Regelung gehen oftmals Veränderungen in der Baugröße der Antriebe einher, die bei der Konstruktion von Maschinen und Anlagen zu beachten sind.
  • Wichtig ist der Wirkungsgrad am Nennpunkt und die Effizienzwerte im Teillastbereich.
  • Durch die Orientierung an Regularien lassen sich Antriebslösungen nach objektiven Kriterien überprüfen - auch wenn die Normen erst in der Zukunft inkrafttreten.
  • Motoren mit verbesserter Energieeffizienz bieten Vorteile wie geringere Abwärme und längere Lebensdauer.

Ein Paket für alles
Ein Hersteller hat zwei Pakete aus Niederspannungs-Synchronmotor mit innovativer Motortechnologie und Frequenzumrichter zur Drehzahlregelung im Portfolio. Die Technik wird als Komplettpaket aus Motor, Frequenzumrichter und Software geliefert. Durch die Konstruktion ohne Wicklung weist der Rotor nahezu keine Verluste auf, und die Läufertemperatur bleibt niedriger als bei konventionellen Läufern. Die Energieeffizienz und Leistungsdichte der Motor-Antriebs-Pakete sind auf die innovative Läuferkonstruktion und die optimierte Antriebssteuerung zurückzuführen. Der Motor hat kompakte Abmessungen, und seine niedrige Betriebstemperatur verlängert die Lebensdauer der Motorisolation und der Lager, was die Wartungskosten reduziert und seine Zuverlässigkeit erhöht. Das Paket aus Super-Premium-Effizienz-Synchronmotor und abgestimmtem Frequenzumrichter erfüllt den Energieeffizienzstandard IE4 und wurde speziell für drehzahlveränderbare Antriebe entwickelt. Das zweite Paket aus Hochleistungs-Synchronmotor, Frequenzumrichter und neuer Software ist für maximale Leistung ausgelegt, wobei der neue Motor zwei Baugrößen kleiner ist als ein Asynchronmotor mit entsprechender Leistung. Der Frequenzumrichter ermöglicht eine exakte Drehzahlregelung ohne Drehgeber.

Künftige Anforderungen heute erfüllt
Durch sein Know-how bei Motoren hat ein Anbieter eine spezifisch auf die Energieeffizienz-Anforderungen der EU-Verordnung und auf den Einsatz bei Pumpen zugeschnittene Produktlinie entwickelt. Sie verbraucht weniger Energie, arbeitet im Vergleich zu Standardmotoren auf einem gemäßigten Temperaturniveau und lässt einen breiten Medientemperaturbereich zu. Die Effizienz dieser Motoren kommt durch eine Bauteiloptimierung zustande. Die Entwickler konnten die wichtigsten Verlustfaktoren – bedingt durch Wirbelströme und Hysterese, Stromfluss in Rotorstangen oder durch Reibung in den Lagern – im elektrischen Motor minimieren. Aufgrund ihrer Effizienz arbeiten diese Motoren mit reduzierter Abwärme und minimierter Geräusch­emission. Der Hersteller kennzeichnet seine Antriebslösungen mit dem Logo „Grundfos Blueflux“.

Der Energiesparer unter den Elektromotoren
Ein Hersteller hat eine Motorenbauart im Portfolio, die auf gleichem Bauraum und ohne zusätzliche Komponenten effizienter arbeitet. Der Sinochron Motor ist ein Synchronmotor mit Hochleistungs-Permanentmagneten, der eine sinusförmige Flußverteilung (EMK) durch anisotrope Rotorgeometrie aufweist. Die Motoren haben eine kompakte Bauform, gutes Rundlaufverhalten und geringe Geräuschentwicklung. Vom Asynchronmotor unterscheiden sie sich durch eine etwa doppelt so hohe kurzzeitige Überlastbarkeit. Daher kann in vielen Fällen eine kleinere Motorbauform zum Einsatz kommen. Sie sind sehr gut regelbar, und in Verbindung mit der dazugehörigen Regeleinheit SDC lässt sich ein zuverlässiger geregelter Betrieb vom Stillstand bis zu hohen Drehzahlen erzielen. Auch bei Laststößen und Drehzahlveränderungen erreichen die Motoren eine hohe Dynamik und sind in Wirkungsgradklasse IE3 klassifiziert – erreichen  aber deutlich bessere Werte als IE3 fordert. Der Wirkungsgrad im Teillastbereich ist ebenfalls deutlich besser ist als der von herkömmlichen Asynchronmaschinen und der Antrieb weist nahezu keine Verluste im Leerlauf auf.

Lösung für 100 Prozent Einschaltdauer
Der Zylinderläufermotor ZBE/ZNE erfüllt die Wirkungsgradklasse IE2. Konzipiert wurde der Antrieb für bis zu 100 % Einschaltdauer bei Umgebungstemperaturen bis 40?°C und einer Aufstellungshöhe von bis zu 1.000 m über Normalnull. Er kann sowohl direkt am Netz geschaltet als auch mit Frequenzumrichtern betrieben werden und ist in 4-poliger, gebremster (ZBE) und ungebremster (ZNE) Ausführung im Leistungsbereich von 0,75 bis 45 kW erhältlich. In der Spannung wird der Motor für regional unterschiedliche Netzbedingungen angepasst. Durch den um bis zu fünf Prozentpunkte höheren Wirkungsgrad verbraucht der Antrieb im Nennbetrieb bei gleicher mechanischer Wellenleistung weniger Primärenergie.

Dynamischer Umrichtermotor
Das Konstruktionsprinzip für den Betrieb am Frequenzumrichter sorgt dafür, dass die neuen L-force-Drehstrommotoren MF um bis zu zwei Baugrößen kleiner sein können als herkömmliche Asynchronmotoren gleicher Leistung. Ein weiterer Vorteil: der mit 1:24 vergleichsweise gut verdoppelte Drehzahlstellbereich. Die Motorenreihe deckt insgesamt einen Leistungsbereich von 0,55 bis 22 kW ab. Der Wirkungsgrad übersteigt IE2 – nicht zuletzt deshalb, weil der Drehstrommotor mit höherer Drehzahl effizienter arbeitet. Die mehr als doppelt so hohe Drehzahl kompensiert der Hersteller mit einer entsprechend höheren Getriebeübersetzung. Diese ist ohne zusätzliche Stufe möglich, weil das Getriebeeingangsritzel per Kegelpressverband kraftschlüssig in die Motorausgangswelle gepresst wird. Um die Vorteile der optimierten Drehstrommotoren auch in einem kompletten Antriebssystem vollständig zu nutzen, kombiniert der Anbieter die Motoren mit passendem Umrichter: Die zentralen und dezentralen Inverter Drives 8400 verfügen mit ihrem VFCeco-Mode beispielsweise über eine intelligente Energiesparfunktion.

Konsequent in IE2 und IE3
Ein Hersteller bietet IEC-Motoren durchgängig in den Wirkungsgradklassen IE2 und IE3 von 750 W bis 375 kW an. Die IE3-Motoren haben kompakte Abmessungen, was der Hersteller durch eine verbesserte Läufertechnologie erreicht. IE3 wird in der gleichen Achshöhe wie IE2 angeboten, das heißt, die mechanische Schnittstelle zum Aggregat bleibt unverändert. Die Wirkungsgraderhöhung lässt sich oft mit dem gleichen Gehäuse erreichen. Für den Nafta-Markt sind die Motoren in den nach Eisa (Energy Independence and Security Act) zertifizierten Klassen Premium Efficiency und Energy Efficient erhältlich. In Planung sind weitere landesspezifische Ausführungen. Der Hersteller bietet die Motoren in den zwei Reihen General Purpose und Severe Duty an. Die General-Purpose-Motoren haben ein Aluminiumgehäuse, Achshöhen 80 bis 160 und eine Leistung von 550 W bis 22 kW. Die Ausführung Severe Duty ist durch ihr Graugussgehäuse robust und deswegen für den Einsatz in rauen Umgebungen geeignet. Sie ist im Leistungsbereich von 2,2 bis 375 kW und in den Achshöhen 100 bis 315 erhältlich. Die Reihe übernimmt das Bedienkonzept der existierenden Alu-Reihe mit schräg geteiltem Klemmenkasten. Die Anschlüsse sind damit leicht zugänglich, und die Montagezeiten verkürzen sich. Für den Betrieb an Frequenzumrichtern, zum Beispiel der Sinamics-Familie, stehen für den Umrichterbetrieb ausgelegte Varianten zur Verfügung.

Neues Stück im Baukasten
Der DR-Motorbaukasten, der bislang Energiesparmotoren in den Ausführungen IE1, IE2 und IE3 beinhaltet, wurde um die Ausführung DRU erweitert, die die Anforderungen der Effizienzklasse IE4 erfüllt. Dieser sogenannte Line-start-Permanentmagnet-Motor (LSPM) lässt sich neben dem Einsatz am Frequenzumrichter auch direkt am Netz betreiben und entfaltet seine vollen Energiespareigenschaften im Dauerbetrieb. Seine Konstruktion basiert auf einem Drehstrom-Asynchronmotor mit Kurzschlussläufer, der am Rotor zusätzlich mehrere Permanentmagneten enthält. Diese Doppeltechnologie bewirkt eine zusätzliche Senkung der Verluste, die infolge des Schlupfes im Betrieb entstehen. Die neue Baureihe ist als vierpolige Ausführung im Leistungsbereich von 0,18 bis 2,2 kW und in den Baugrößen 71 bis 100 erhältlich. Sie eignet sich für den Betrieb am 50-Hz-Netz; eine 60-Hz-Variante ist in Vorbereitung.

Power ohne Seltene Erden
Um die Energieeffizienz-Anforderungen der Normen IE-2 und IE-3 erfüllen zu können, setzt ein Anbieter auf einen drehzahlgeregelten Synchronmotor, der ohne seltene Erden auskommt. Die Synchron-Reluktanzmotoren besitzen nicht nur einen hohen Wirkungsgrad am Nennpunkt, sondern weisen auch sehr gute Effizienzwerte im Teillastbereich auf. Diese Tatsache ist beispielsweise für die absolute Energieeinsparung bei Pumpensystemen entscheidend. Sie erreichen hohe Effizienz dadurch, dass die Rotorverluste entfallen und sind preisgünstig, da der Einsatz von knappen Magnetwerkstoffen nicht notwendig ist. Die neuen Antriebe erfüllen außerdem die im Entwurf definierte derzeit höchste Energieeffizienzklasse IE4.

Mehr Material für weniger Energieverbrauch
Auch Drehstrommotoren mit 0,55 kW Leistung sind jetzt auf Wunsch in IE2-gerechten Ausführungen verfügbar, was den Anforderungen des europäischen Energiesparstandards vorauseilt. Für sparsame Motoren setzt der Hersteller mehr Aktivmaterial und hochwertigere Bleche mit geringen Verlusten ein und erhöht zusätzlich die Kupferfüllfaktoren. Die Verbesserungen der Konstruktion haben größere Leistungsreserven zur Folge, sodass sich in vielen Fällen Motoren mit kleinerer Nennleistung einsetzen und damit zusätzliche Effizienzvorteile erzielen lassen. Ein reduzierter Teillastbereich erzeugt diese Steigerungen. Daneben ist außerdem ein IE3 Energiesparmotor mit Kupfer im Rotor erhältlich, bei dem die Rotorverluste deutlich vermindert sind.

Effizientes Design bei Asynchronmotoren
Auch für Asynchronmotoren mit einer Leistung unter 0,75 kW, die noch nicht unter bestehende Normungen fallen, hat ein Hersteller die Energieeffizienz gesteigert. Der Hersteller hat zum einen die Induktions-Gehäusemotoren der Baureihe IGK, deren Bemessungsleistung im Bereich von 9 bis 370 W liegt, verbessert. Um den Wirkungsgrad zu verbessern, hat der Hersteller sowohl das aktive Blechpaket verlängert als  auch den Aluminiumkäfig gegen einen Kupferkäfig ausgetauscht. So kann der Antrieb einen Wirkungsgrad erreichen, der die Wirkungsgradklasse IE3 übertrifft.

Den Normen einen Schritt voraus
Gesetzliche Regelungen zur umweltgerechten Auslegung von Elektromotoren im unteren Leistungsbereich sind zwar momentan noch nicht angedacht, aber ein Anbieter hat sich die Normen zum Vorbild genommen, um auch bei Niederspannungsmotoren Energieeinsparungen zu erzielen. Somit sind jetzt Schnecken- und Schneckenstirnradgetriebe mit Drehstrom-Niederspannungsmotoren und einer Leistung von bereits 0,09 kW und aufsteigend mit der Wirkungsgradklasse IE2 erhältlich.

 

Kostenlose Registrierung

Bleiben Sie stets zu allen wichtigen Themen und Trends informiert.
Das Passwort muss mindestens acht Zeichen lang sein.
*

Ich habe die AGB, die Hinweise zum Widerrufsrecht und zum Datenschutz gelesen und akzeptiere diese.

*) Pflichtfeld

Sie sind bereits registriert?

Unternehmen

Hüthig GmbH

Im Weiher 10
69121 Heidelberg
DE

Getriebebau NORD GmbH & Co. KG

Getriebebau-Nord-Str. 1
22941 Bargteheide
DE

KSB SE & Co. KGaA

Johann-Klein-Straße 9
67227 Frankenthal
Germany

ABB Automation Products GmbH-2

Wallstadter Str. 59
68526 Ladenburg
Germany

SEW-EURODRIVE GmbH & Co KG

Ernst-Blickle-Straße 42
76646 Bruchsal
Germany

Siemens AG Standort Wittelsbacherplatz

Wittelsbacherplatz 2
80333 München
Germany