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ErP-Richtlinie IE3-Motoren: Die nächste Vorschrift kommt

| Autor/ Redakteur: Floriano Masoero* / Robert Weber

Die ErP-Richtlinie gilt nach dem 1. Januar 2017 auch für Motoren mit Nennausgangsleistung von 0,75 kW und mehr. Neue Produkte versprechen mehr Energieeffizienz und Kosteneinsparungen. Unser Autor gibt Ihnen einen Überblick.

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Rund 16 Mio. Tonnen Kohlendioxid können durch den effizienten Einsatz von Elektromotoren gespart werden. Der Wald atmet auf.
Rund 16 Mio. Tonnen Kohlendioxid können durch den effizienten Einsatz von Elektromotoren gespart werden. Der Wald atmet auf.
( Waldidylle / Olli Henze, Flickr.com / BY-ND 2.0)

Nach Ansicht des ZVEI sind 37 % aller Treibhausgasemissionen in Deutschland auf die Industrie zurückzuführen und davon wiederum etwa zwei Drittel auf den Einsatz von Elektromotoren. Aus diesem Grund schätzt das Umweltbundesamt, dass der Stromverbrauch allein in Deutschland bis zum Jahr 2020 durch den Einsatz effizienterer Motoren ganz einfach um rund 27 Mrd. Kilowattstunden reduziert werden kann.

Das entspricht 16 Mio. Tonnen weniger CO2. Diese Zahlen können uns helfen zu verstehen, warum die EU wie auch die Regierungen anderer Länder Initiativen zur Senkung des Energieverbrauchs durch effizientere Motoren fördern, wie zum Beispiel durch die Ökodesign-Richtlinie (ErP-Richtlinie). Die Ökodesign-Richtlinie ist Mitte des Jahres 2011 in Kraft getreten und bestimmte zunächst, dass alle neu hergestellten Motoren mindestens die Anforderungen der Effizienzklasse IE2 erfüllen müssen.

Doch ab diesem Jahr sehen die Bestimmungen vor, dass die Hersteller von Maschinen und Anlagen, in die neue Motoren mit Nennleistungen von 7,5 bis 375 kW eingebaut oder integriert werden, mindestens die Effizienzklasse IE3 einhalten müssen. IE2-Motoren dürfen zwar noch als Alternative verwendet werden, dies jedoch nur in Verbindung mit einer elektronischen Drehzahlregelung. Nach dem 1. Januar 2017 gilt diese Vorschrift auch für Motoren mit einer Nennausgangsleistung von 0,75 kW und mehr.

In den USA haben IE3-Motoren bereits die Schwelle von 20 % Marktanteil überwunden.
In den USA haben IE3-Motoren bereits die Schwelle von 20 % Marktanteil überwunden.
(Bild: Eaton)

Allein das gesetzliche Erfordernis, die Ökodesign-Richtlinie umzusetzen, ist nicht der einzige Grund, warum es sich lohnt, das Thema Energieeffizienz genauer zu betrachten. Ein weiterer und wichtiger Grund ist die Verbesserung der Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen. Auf den Märkten bestimmter Wettbewerber der EU (Südkorea, Kanada und vor allem die Vereinigten Staaten) sind Normen, die dem IE2- oder sogar IE3-Niveau entsprechen, bereits vor den europäischen Bestimmungen eingeführt wurden. Anreiz genug ist allein die Tatsache, dass IE2-Motoren in den Vereinigten Staaten bereits heute einen Marktanteil von weit über 50 % und IE3-Motoren schon die Schwelle von 20 % überschritten haben, während IE3-Motoren in Europa nur 10 % des Marktes besetzen.

Mit anderen Worten: strengere Normen haben den Vorteil, dass sie Maschinenhersteller dazu drängen, effizientere Motoren einzusetzen, weil sie ihnen ein wirkungsvolleres Verkaufsargument liefern. Dafür gibt es einen einfachen Grund. Der Wettbewerbsvorteil liegt auf der Hand, wenn auf dem Markt Motoren eingeführt werden, die erheblich weniger Energie verbrauchen als die bisherigen, so dass sich eine Investition der Endbenutzer erheblich schneller amortisiert. Daraus folgt vor allem für Länder wie Deutschland und Italien mit ihren stark exportorientierten Maschinenbauindustrien, dass mehr Effizienz entscheidend ist, um mit der Konkurrenz aus Nordamerika und Asien Schritt zu halten. Da genügt der Hinweis darauf, dass das Effizienzniveau IE2 in China bereits im Jahr 2011 verpflichtend eingeführt wurde und dass die dortige Regierung bereits an der Einführung von IE3 arbeitet.

Anschaffungskosten sind nicht das Maß der Dinge

Zwar ist klar, dass Maschinenhersteller guten Grund haben, in mehr Effizienz zu investieren, aber Investitionen in energieeffizientere Maschinen bieten Vorteile gerade auch für Endanwender. Nach Aussagen des ZVEI kann die deutsche Prozess- und Fertigungsindustrie einfach durch den Einsatz effizienterer Technologien jedes Jahr bis zu 88 Mrd. Kilowattstunden (entsprechend 7 Mrd. Euro) sparen. Es steht also außer Frage, dass mehr Energieeffizienz dem Endanwender Einsparmöglichkeiten eröffnet, die nicht unterschätzt werden sollten.

Lohnt sich die Investition in Energieeffizienz für mich?

Ein Schlüsselelement sind in dieser Hinsicht die Total Cost of Ownership (TCO) oder Gesamtbetriebskosten. Der eigentliche Kaufpreis macht nur einen Bruchteil der Kosten für ein Unternehmen aus, wenn es eine mit Elektromotoren angetriebene neue Maschine kauft. Tatsächlich wird geschätzt, dass die Gesamtkosten eines Elektromotors zu 95 bis 98 % auf die Kosten der verbrauchten Energie zurückzuführen sind, während die Anschaffungskosten nur mit 2 bis 4 % zu Buche schlagen.

Aber auch wenn die Zahlen im Zusammenhang mit Energieeffizienz eine deutliche Sprache sprechen, dürfen wir die Tatsache nicht aus den Augen verlieren, dass manche Unternehmen, insbesondere kleine und mittelständische Veränderungen eher skeptisch gegenüberstehen. Wenn ein Unternehmen nicht über erhebliche Mittel zur Investition in neue Technologien verfügt, stellt sich die Frage, ob und in welchem Umfang Investitionen in Energieeffizienz ratsam sind. Denn um auf dem internationalen Markt wettbewerbsfähig zu bleiben, dürfen natürlich die Kosten nicht aus dem Ruder laufen. Aus diesem Grund ist es von Bedeutung, Lösungen zu entwickeln, die die Effizienz verbessern, den internationalen Standards voll entsprechen und dennoch aus Kostengesichtspunkten wettbewerbsfähig bleiben. Der neue Drehzahlstarter PowerXL DE1 von

Eaton ist ein Beispiel für Innovation und Effizienz zu den richtigen Kosten.Die Ökodesign-Richtlinie hat zu einer erhöhten Nachfrage nach drehzahlgeregelten Antrieben geführt - selbst für die einfachsten Anwendungen. Jedoch sind Frequenzumrichter für viele dieser Anwendungen oft zu komplex und zudem noch teuer. Auf der anderen Seite bietet die traditionelle Art zum Starten eines Motors keine Möglichkeiten, die Drehzahl in der Weise zu regeln, wie es in der Ökodesign-Richtlinie vorgesehen ist.

Um diese Anforderungen dennoch zu erfüllen, hat Eaton den PowerXL DE1 entwickelt. Er ermöglicht, gepaart mit einer Drehzahlregelung, die gleiche Benutzerfreundlichkeit wie ein herkömmlicher Motorstarter. Auf diese Weise steht Maschinen- und Anlagenbauern eine äußerst zuverlässige und wirtschaftliche Lösung zur Ansteuerung von Motoren zur Verfügung, durch die Anwendungen mit konstanter Drehzahl aus energetischer Sicht effizienter werden und die die immer anspruchsvolleren Anforderungen der internationalen Normen erfüllt. Um Unternehmen zu helfen, sich dem Thema Energieeffizienz anzunehmen, entwickeln Konzerne wie Eaton auch neue Lösungen zum Starten und Schützen von Motoren.

Unternehmen mit konkreten Projekten überzeugen

Man darf nicht vergessen, dass die Hersteller von Elektromotoren erst andere Konstruktionen entwickeln mussten, um die Energieeffizienz ihrer Produkte zu erhöhen. Hieraus resultieren höhere Einschaltströme, die wiederum Auswirkungen auf die Schutz- und Schaltelemente haben. Unter Umständen kommt es zum Verschmelzen der Kontakte, was gefährlich sein und kostspielige Maschinen-Stillstände sowie aufwändige Service-Arbeiten verursachen kann.

Um Probleme dieser Art zu vermeiden, hat Eaton eine Reihe von Komponenten zum Schalten und Schützen von Motoren auf die Einsatzfähigkeit in Verbindung mit IE3-Motoren getestet und entsprechend optimiert. Schließlich gibt es einen weiteren sehr wichtigen Aspekt, der im Zusammenhang mit Energieeffizienz berücksichtigt werden muss: Eine Verbesserung der Effizienz ist praktisch unmöglich, wenn es keine Mittel zur wirksamen Überwachung von Maschinen gibt.

BUCHTIPPDas Buch „Praxishandbuch Antriebsauslegung“ hilft bei der Auswahl der wesentlichen Bestandteile elektrischer Antriebssysteme: Motor, Getriebe, Stellgerät, Netzversorgung sowie deren Zusatzkomponenten. Auch auf die Berechnung wird intensiv eingegangen.

In dieser Hinsicht ist Eaton das einzige Unternehmen, das ein integriertes Überwachungssystem entwickelt hat, das in Verbindung mit dem intelligenten Verdrahtungssystem Smart-Wire-DT zum Einsatz kommt. Dies macht es möglich, auf einer Länge von bis zu 600 m alle Sensoren an dasselbe Kabel anzuschließen. Dieses System reduziert den Zeit- und Arbeitsaufwand für die Verdrahtung um bis zu 85 %, und nach dem Anschluss an eine SPS kann es den Energieverbrauch der verschiedenen Kernkomponenten (z. B. Motorstartern) in Echtzeit überwachen. Auf diese Weise ist eine wirksame vorbeugende Instandhaltung und somit eine Verringerung der Kosten möglich.

Zwar sind all die unterschiedlichen technischen Ausrüstungen, die hier erörtert wurden, in der Tat entscheidend für die Steigerung der Energieeffizienz im industriellen Umfeld, aber dennoch ist noch ein weiterer Aspekt zu berücksichtigen. Um der Industrie zu zeigen, wie wichtig es ist, sich auf die Energieeffizienz zu konzentrieren, müssen Unternehmen auch selbst Beispiele für bewährte Verfahren liefern.

In diesem Zusammenhang hat Eaton in den eigenen Werken ein Nachrüstungsprojekt ins Leben gerufen, bei dem eine neue Lösung mit drehzahlgeregelten Hydraulik-Pumpen installiert wird, weil sie eine Steigerung der Leistung und eine Reduzierung des Energieverbrauchs um bis zu 70% ermöglichen. Dieses Beispiel setzt Maßstäbe für ein voll integriertes elektro-hydraulisches System, das die Kraft und Leistung von Eaton-Pumpen mit den intelligenten Steuerungsfunktionen eines Frequenzumrichters kombiniert. So kann die erforderliche Leistung bei einer höheren Energieeffizienz erreicht werden, als es ein traditionelles System mit einem proportional geregelten Ventil jemals könnte. Darüber hinaus wird die Verbindung zum Motorschutz und den Signalgebern durch den Einsatz einer kombinierten Steuerungs- und Bedieneinheit (HMI/PLC) sowie Smart-Wire-DT hergestellt, sodass die traditionelle Punkt-zu-Punkt-Steuerverdrahtung entfällt. Dementsprechend konnte der Zeit- und Arbeitsaufwand für die Verdrahtung drastisch reduziert werden, ohne auf integrierte Überwachung und vorbeugende Instandhaltung verzichten zu müssen.

* *Floriano Masoero verantwortet als Manager bei Eaton das Segment Lead and MOEM.

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