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ANTRIEBSTECHNIK Gezielte Produktauswahl spart Energie

| Redakteur: Reinhard Kluger

Energiebewusstes Applikationsengineering heißt: Auf die individuellen Anforderungen der Anwendung reagieren zu können. Möglich macht das ein entsprechend breites Produktprogramm.

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Umrichterfamilie mit vielen Energiesparfeatures.
Umrichterfamilie mit vielen Energiesparfeatures.
( Archiv: Vogel Business Media )

Industrielle Applikationen bewegen sich in einem breiten Spektrum von Anforderungen. Werden diese durch den Einsatz von elektrischer Antriebstechnik erfüllt, besteht diese sehr häufig aus den drei zentralen Komponenten Getriebe, Elektromotor und Antriebsumrichter. Jedes der einzelnen Elemente trägt zur Gesamteffizienz des Antriebssystems bei, wobei auch das System als Ganzes noch Effizienzsteigerungspotentiale birgt. Im Folgenden untersuchen wir die Auswirkungen auf die Effizienz der Antriebstechnik bei näherer Betrachtung von vier Kriteriengegensätzen: Kontinuierlicher gegenüber unterbrochenem Betrieb, feste Geschwindigkeit gegenüber variabler Geschwindigkeit, Betrieb mit und ohne Einsatz von Bremsen und konstantes Drehmoment gegenüber variablem Drehmoment.

Zählbare Einsparungen im Dauer- und Wechselbetrieb

Bei Applikationen im Dauerbetrieb, mit festgelegter Geschwindigkeit, konstantem Drehmoment und ohne Bremsung liegen die Hebel zur Steigerung der Energieeffizienz insbesondere im Motor und Getriebe. Im Vergleich eines 4 kW-Getriebemotors mit 2.000 Newtonmetern, einer Untersetzung von i = 120 und bei einer Eintriebsdrehzahl von 1.400 1/min ergibt der Vergleich der Kombination von Schneckengetriebe mit Standardmotor zu der Kombination von Kegelradgetriebe mit Effizienzmotor aus dem Produktprogramm Bonfigliolis eine Einsparung 840 Watt (1.720 W im Vergleich zu 880 W), was im Jahr zu einer Einsparung im Dauerbetrieb von über 7.300 kWh bzw. gut 3,5 Tonnen CO2 führt. Gelten aber genau die umgekehrten Voraussetzungen, dann haben die Investitionskosten ein höheres Gewicht, und das Ergebnis der Amortisationsrechnung drängt in Richtung Schneckengetriebemotor.

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Werden bei einer Applikation variable Geschwindigkeiten bei sonst gleichbleibenden Bedingungen verlangt, stehen insbesondere die Motoren im Wettbewerb. Im Effizienzvergleich stehen dann die folgenden Bonfiglioli-Produkte: Der mit dem Antriebsumrichter AgilE betriebene Kegelradgetriebemotor mit Standardasynchronmotor gegenüber dem mit einem geberlos gesteuerten permamenterregten Synchronmotor. Beide Motoren können über den Umrichter der AgilE-Familie problemlos betrieben werden. Gegenüber dem Asynchronmotor spart die höhere Effizienz des permanenterregten Synchronmotors bei 3 Kilowatt Nennleistung gut 200 Watt. Die dann folgende Amortisationsrechnung ist unkompliziert, sie ist nur abhängig von der Einsatzzeit des Antriebs. Bei 3.600 Stunden pro Jahr und 3 Kilowatt Nennleistung kommt immerhin eine Einsparung von gut 750 kWh bzw. rund 370 kg CO2 zusammen.

Beim Bremsen auch ans Beschleunigen denken

Muss bei der Applikation häufig gebremst werden, stehen im Produktprogramm des Familienunternehmens Bonfiglioli abhängig von den sonstigen Rahmenbedingungen ebenfalls mehrere Möglichkeiten zur Verfügung. Über Getriebemotoren mit geringen Trägheitsmomenten und dem Umrichter AgilE, der den Anfangsstrom begrenzt, kann die elektrische Effizienz bei der Beschleunigung erhöht werden. Hier bietet sich der Auswahlbereich der Bonfiglioli-Produkte vom klassischen Asynchron-Getriebemotor aller Getriebetypen und vielfältiger Kombinationsmöglichkeiten bis zum hochdynamischen Synchronservomotor mit spielarmem Planetengetriebe.

Bei leistungsstarken Einzelantrieben und häufigen Bremsungen bietet Bonfiglioli seit Jahrzehnten hocheffiziente Netzrückspeiseeinheiten an. Nicht zuletzt auf dieser Erfahrung begründet sich der Erfolg des Unternehmens im Markt der Photovoltaikwechselrichter. Und bei Mehrachsystemen ist die Koppelung der Gleichstromzwischenkreise der Antriebsumrichter mit intelligenten Ausgleichsverfahren bei allen Umrichterfamilien Standard. Bei Dekantern konnte gegenüber der traditionellen Antriebstechnik durch Kombination mehrerer Maßnahmen die Antriebsleistung von 55 kW um ein Drittel gesenkt werden. Bei einer Betriebszeit von nur 1.200 Stunden bedeutet dies eine CO2-Reduktion von rund 10 Tonnen. Die gesamte Antriebselektronik Bonfigliolis wird übrigens in Krefeld bei der 100 Prozent-Tochter Bonfiglioli Vectron entwickelt und produziert.

Auch kleine Einsparungen summieren sich

Verlangt die Maschine vom Antrieb ein sich änderndes Drehmoment, dann kommt die Funktion Smart Motor Control des AgilE zum Einsatz. Der Betriebspunkt des Elektromotors wird der Drehmomentanforderung entsprechend optimiert. Je nach Drehmomentenverlauf eines Betriebszyklusses können sich die Einsparungen etwa bei einem 3-kW-Motor auf mehrere Hundert Kilowattstunden summieren. Bei der Jagd nach Steigerungspotentialen der Energieeffizienz sind auch solch relativ kleinen Beiträge nicht außer Acht zu lassen.

Recht häufig werden die Antriebe auch sehr selten genutzt. Bei Tür- und Torantrieben beträgt die durchschnittliche Einsatzzeit gegenüber der Ruhezeit unter einem Prozent. Bei Kränen und Hebezeugen liegt die durchschnittliche Einschaltdauer zwischen vier und acht Prozent, selbst bei Bohrmaschinen kommt man selten über zehn Prozent. Die Antriebe verbrauchen aber auch in der Standby-Zeit elektrische Energie. Während handelsübliche Antriebsumrichter im Standby um 18 Watt benötigen, verbrauchen die AgilE-Umrichter gerade einmal zwei Watt. Alle nicht benötigten Funktionen und Bereiche werden intelligent, d.h. nach Überprüfung abgeschaltet. Auch diese Eigenschaft der Umrichterfamilie AgilE senkt den Energieverbrauch des Systems nicht maßgeblich, aber die Einsparungen in Summe lassen sich, wie immer abhängig von der Applikation, durchaus sehen.

Applikationsengineering entscheidend

Die genaue Betrachtung der Applikation, also der Maschine und ihres Einsatzes ist Dreh- und Angelpunkt für die Auslegung des Antriebssystems und der Auswahl seiner Komponenten. Dafür bedarf es technischer Kompetenz und Erfahrung sowie auch eines genügend breiten Spektrums mit attraktiven Produkten. „Nur mit einem sehr weitreichenden Produktspektrum“, zeigt sich Giorgio Bombarda, Leiter der Geschäftseinheit Industrial Solutions der Bonfiglioli Deutschland GmbH überzeugt, „ist eine objektive Beratung und das Streben nach der optimalen Antriebslösung möglich. Wir sind in der glücklichen Lage, dies bieten zu können.“

SPS/IPC/DRIVES 2011, Halle 3, Stand 129

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