Hochleistung im Ex-Bereich

Antriebstechnik

Motoren – Die Umsetzung der jüngsten Effizienznormen für Antriebssysteme fällt Bauer Gear Motor mit den PMSM-Motoren der S-Serie leicht, auch in explosionsgefährdeten Bereichen.

18. August 2015

Für die Mehrzahl der Elektromotoren gelten immer strengere Anforderungen an den Mindestwirkungsgrad: So schreibt denn die letzte Runde im Hinblick auf die Effizienzsteigerung von Elektromotoren für das Leistungsspektrum von 7,5 bis 375 Kilowatt entweder ein Produkt der Effizienzklasse IE3 vor oder einen IE2-Motor mit Frequenzumrichter.

Hierbei handelt es sich lediglich um die Mindestanforderung, einige Hersteller treiben die Weiterentwicklung ihrer Technologien und Bauweisen aber schneller voran, um das Energieeinsparpotenzial für den Endanwender zu maximieren.

Dies trifft beispielsweise zu für Bremsmotoren und Motoren, die für den Betrieb in explosionsgefährdeten Bereichen ausgelegt sind: Sie bilden eine Ausnahme und bleiben von den Vorschriften ausgenommen, denn generell hat Explosionsschutz Vorrang vor Energieeinsparungen.

Bestimmten Branchen wie Öl und Gas oder Bergbau blieben aber hierdurch Optionen versagt, wenn sie den Gesamtwirkungsgrad ihrer Betriebe steigern möchten. Zwar hat die Sicherheit in diesen Umgebungen oberste Priorität, doch zugleich bleibt ein Energieeinsparpotenzial in der Größenordnung von 40 Prozent ungenutzt.

So haben denn derzeit die meisten auf dem Markt erhältlichen drehzahlgeregelten Drehstrominduktionsmotoren der Kategorie Ex e mit erhöhter Sicherheit die standardmäßige Wirkungsgradklasse IE1. Zwar kann der Wirkungsgrad dieser Maschinen mit Hilfe zusätzlicher Frequenzumrichter gesteigert werden, trotzdem erreichen sie bei Weitem nicht die Werte der verbesserten IE3-Motorausführung.

Auf jeden Fall Ex-geeignet

Darum hat Bauer Gear Motor, ein Unternehmen von Altra Industrial Motion, von dieser Sonderregelung bewusst Abstand genommen. Dies zeigt sich vor allem in der Entwicklung der Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSM) der Serie S. Diese drehzahlgeregelten Motoren der Effizienzklasse IE4 sind explizit für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen zugelassen, in denen das Unternehmen eine langjährige Erfahrung vorweisen kann.

Die Serie S soll moderne Technologie für Anwendungen verfügbar machen, in denen Motoren mit ATEX-Zulassung vorgeschrieben sind, aber Energieeinsparungen in derselben Größenordnung erreicht werden sollen, wie sie in anderen Industriebereichen möglich sind.

Die PMSM-Motoren von Bauer liefern nachweislich die höchstmöglichen Wirkungsgrade. Die Modelle der Serie decken den Leistungsbereich von 0,55 bis 15 Kilowatt ab und sind zugelassen für explosionsgefährdete Bereiche der Zone 1 und 21. Die PMSM-Bauart wandelt nicht nur elektrische Energie sehr leistungsfähig in mechanische Kraft um, sondern bietet darüber hinaus den Vorteil einer konstanten Drehzahl, unabhängig von der Last. Die Motordrehzahl variiert also auch bei Lastschwankungen oder Spannungsabfall nicht, solange die Netzfrequenz konstant bleibt.

Die PMSM-Serie umfasst eine Reihe umweltfreundlicher Motoren, die anstelle des in den meisten Induktionsmotoren verbauten Käfigläufers eine hocheffiziente Läuferbauart mit integrierten Permanentmagneten aus einem Material der Seltenen Erden aufweist.

Durch diese spezielle Bauweise sollen sich die Wärmeverluste am Läufer um 100 Prozent und die Gesamtverluste um rund ein Viertel reduzieren, zudem soll ein um zehn Prozent höherer Gesamtwirkungsgrad erreicht werden. Für den PMSM-Anwender bedeutet diese Leistungssteigerung geringere Gesamtbetriebskosten, eine Reduzierung des CO2-Ausstoßes und kontinuierliche Einsparungen, die zukünftige Steigerungen der Energiepreise abdämpfen.

Klein dank Leistungsdichte

Die PM-Synchronmotoren erreichen selbst unter Teillastbedingungen deutlich höhere Wirkungsgrade als Induktionsmotoren und ermöglichen darüber hinaus extrem hohe Wirkungsgrade im Nennbetrieb. Die Leistungsdichte ist deutlich höher, und so kann der Anwender einen Getriebemotor mit minimalem Einbauvolumen und entsprechenden Gewichtsvorteilen verwenden und eine höhere Systemleistung erzielen.

Außerdem können PMSM-Antriebe bei gleichem Einbauvolumen höhere Drehmomentwerte hervorbringen als herkömmliche Induktionsmotoren – ein Faktor für Kosteneinsparungen, wenn hierdurch in einer konkreten Anwendung zum Beispiel ein kleinerer Motor spezifiziert werden kann.

Die Motoren der PMSM-Serie gibt es mit und ohne Lüfter und sie können an Spannungsversorgungen von 380 bis 500 Volt betrieben werden. Sie sind für den Umrichterbetrieb ausgelegt und bieten einen erweiterten Drehzahlbereich bei konstantem Drehmoment.

Hoher Wirkungsgrad lohnt

IE4 ist etwas, worüber viele Hersteller sprechen, was aber wenige tatsächlich anbieten. Die Motoren sind teurer in der Anschaffung, aber die Marktnachfrage wird sich nach der Wirtschaftlichkeit über die Gesamtnutzungsdauer richten.

Bei einem kleinen bis mittelgroßen Elektromotor, der zum Beispiel in kontinuierlichen Fertigungsprozessen die meiste Zeit nahe an der Kapazitätsgrenze laufen muss, werden die Energiekosteneinsparungen schnell den zunächst etwas höheren Kaufpreis überwiegen. mk

Auf einen Blick

Bauer Gear Motor

- Weltweit tätiger Hersteller von Getriebemotoren mit einer Erfahrung von 85 Jahren.

- Aktuelle Baureihe: Premium-Efficiency-Getriebemotoren, die über 30 Prozent einsparen, auch mit ATEX-Zulassung.

- Seit 2011 Teil der Altra-Industrial-Motion-Gruppe.

Erschienen in Ausgabe: 06/2015