Elektromotoren Wenn der Boss kommt

Läuft ein Elektromotor unterhalb seiner Nennleistung, nimmt er mehr Strom auf, als für die jeweilige Magnetisierung nötig ist. Dieser Mehrstrom wird in Hitze, Vibrationen und Lärm umgewandelt...

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Läuft ein Elektromotor unterhalb seiner Nennleistung, nimmt er mehr Strom auf, als für die jeweilige Magnetisierung nötig ist. Dieser Mehrstrom wird in Hitze, Vibrationen und Lärm umgewandelt – unnötige Kosten sind die Folge. Was liegt also näher, als dem überhöhten Stromhunger den Garaus zu machen und den Motor mit einer „Energiesparintelligenz“ auszustatten? Eine Lösung dafür kommt aus England: Der Powerboss, eine nachrüstbare Anlass-Steuerung für ungeregelte Motoren, die Energie einspart und auch die Lebensdauer deutlich verlängert.Richard Chambers*

Kein anderer Antrieb für mechanische Leistung ist so stark verbreitet wie der Induktionsmotor. Seit seiner Erfindung vor über 100 Jahren wurde sein Wirkungsgrad ständig gesteigert, die Auslegung und das Design von Spulen, Magneten und Rotoren ständig verbessert - intelligenter wurde er aber nicht. Niemand brachte ihm bei, nur so viel Strom aus dem Netz zu ziehen, wie er tatsächlich braucht. Wird ein ungeregelter Elektromotor mit konstanter Drehzahl zyklischen Belastungen unterworfen, geht in der Phase der Teil- oder Leerlast zwischen 30 bis 50 % der aufgewendeten Energie einfach verloren. Von der Leistung meist überdimensioniertDer Grund: Läuft der Motor unterhalb seiner Nennleistung, wird wesentlich mehr Strom aufgenommen, als für die Magnetisierung eigentlich nötig wäre. Erst nahe dem Bereich der vollen Belastung erreicht ein typischer, ungeregelter 3-Phasen-Induktionsmotor einen annehmbaren Wirkungsgrad von ca. 80 bis 96 %. Der oft vorherrschende überhöhte Stromhunger in der Praxis und die damit verbundenen Kosten waren bei derlei Anwendungen, zumindest bisher, eine fixe Größe.Eine weitere Schwachstelle ist, dass sich bei neuen Motoren - die heute zwar wesentlich günstiger produziert werden können als noch vor 20 Jahren - Strom-Überlasten viel stärker auswirken und daher eher zu einem Ausfall führen können. Aus diesem Grund gilt die Mehrzahl der verbauten Motoren als leistungsmäßig überdimensioniert, was sich nochmals negativ auf die Stromkosten auswirkt; aus Sicht der Maschinen- und Anlagenbauer soll eben eine gewisse Ausfallsicherheit garantiert werden. „Eine lineare Erhöhung der Überlast bedeutet eine exponentiell geringere Lebensdauer“, erklärt Günter Schülke, Betriebsleiter zuständig für den Geschäftsbereich Industriewartung bei der B&M Blumenbecker GmbH, Beckum. Das Traditionsunternehmen wurde ursprünglich 1922 als Handwerksbetrieb für Ankerwickeltechnik gegründet. Heute hat es 650 Mitarbeiter und neben den deutschen Häusern auch Niederlassungen in Osteuropa und Shanghai. Schülke erklärt weiter: „Ein Hauptproblem, das durch den ungeregelten Anlauf eines Motors noch viel häufiger auftritt als Überspannungen, sind die Stoßimpulse, welche dabei auf den Antriebsstrang einwirken. Nach unseren Erfahrungen sind 90% der gängigen Reparaturfälle bei Maschinenmotoren Lagerschäden“. Kaum verwunderlich, denn in der Startphase des Antriebs kann die Drehmomentbelastung schlagartig den bis zu 3,5-fachen Wert eines Voll-Lasteinsatzes erreichen. Während der Leerlastphasen wirken sich zudem die dabei entstehenden Vibrationen nicht nur akustisch, sondern auch mechanisch nachteilig aus. Werden die Lager nicht ständig überwacht, sind Ausfälle und damit Produktionsstops vorprogrammiert.Energiesparzwänge machen erfinderischWas sich Maschinenbetreiber für ungeregelte Motoren also wünschen, sind geringere Stromverbrauchszahlen und ein sanfter Anlauf, auch bei simplen Anwendungen mit konstanter Drehzahl. Die bekannte Stern-Delta-Schaltung mindert zwar teilweise die Spitzenbelastung für das Stromnetz, lässt aber ebenso wenig wie das verzögerte Aufschalten einzelner Motorphasen im Anlauf eine intelligente Strombedarfssteuerung zu.Die Zufuhr der Energie regeln ThyristorenEine mögliche Abhilfe des Problems kommt aus England. Das Gerät trägt den Namen „Powerboss“, lässt sich an einem Motor leicht nachrüsten und funktioniert auf einem eigentlich sehr simplen Prinzip: Ein Mikrochip misst jede 1/100 Sekunde den tatsächlichen Strombedarf des Motors und regelt die Energiezufuhr dann über ein Thyristorengitter. Der Motor erhält immer genügend Strom, um seine Lasten präzise zu beschleunigen und ist für einen Sanftanlauf und einen Sanftstopp über einen Zeitraum von bis zu vier Minuten programmierbar. Besonders der Einsatz an zyklisch belasteten Motoren von Pressen, Kompressoren, Spritzguss-, Extruder- oder Tiefziehmaschinen, aber auch an Fördersystemen wie Rolltreppen erzielt er Anwendern zufolge erstaunliche Resultate. So wurden bei der Parker Pen Company im zentralen Werk in Newhaven, GB, alle 25 Spritzgussmaschinen und alle Hauptkompressoren mit solchen Geräten ausgerüstet. Beim Spritzgießen sind Motoren-Belastungswerte von 40 % Voll-Last und 60 % Leerlast typisch. „Die festgestellte Energieeinsparung lag bei allen Maschinen bei bis zu 18 %“, erklärt Laurence Deakin, Produkt Support Service Manager, zuständig für die Wartung aller Produktionsmaschinen bei Parker House. „Bisher wurden ca. 20.000 Pfund in Powerboss-Einheiten investiert, die monatlichen Einsparungen an Stromkosten liegen derzeit bei ca. 4.000 Pfund, womit wir mehr als zufrieden sind“, so Deakin weiter.Auch ältere Anlagen lassen sich nachrüstenDer britische Generalimporteur der Demag Ergotech GmbH, die Demag Hamilton Ltd., rüstet seine Spritzgussmaschinen ab Werk mit dem Powerboss aus. Um die 3.000 Maschinen wurden bisher von der Demag Hamilton in England verkauft. „Ein Kunde machte uns darauf aufmerksam, dass sich damit erhebliche Energiemengen einsparen lassen“, erklärt Nigel Flowers, technischer Leiter bei Demag Hamilton Ltd., zuständig für Sales & Support. Nach einem Pilotversuch stellte sich heraus, dass bei den älteren Anlagen Einsparungen zwischen 12 bis 16 Prozent möglich waren. „Mittlerweile ist es zu einem ernst zu nehmenden Verkaufsargument geworden, dass unsere Maschinen ab Werk mit den Stromspareinrichtungen von Powerboss ausgestattet sind. Wir bieten dies einfach als einen zusätzlichen Kundenservice an, was sehr gut ankommt“, so Flowers. Rund 150 von den 3.000 in England ausgelieferten Maschinen sind bereits nachgerüstet. Auch für die neueste Generation der energieeffizienteren Demag Ergotech bewerte man die Zusatzausrüstung mit dem Powerboss als vorteilhaft, hier konnten 7 bis 10 % Einsparung erzielt werden.

*Richard Chambers, Geschäfstführer der Richard Chambers GmbH, Heimstetten.

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