Antriebstechnische Lösungen steigern die Effizienz auch im explosionsgeschützten Bereich

Damit die Energiebilanz immer stimmt

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Sensible Prozesse, aggressive Atmosphären und höchste Sicherheitsstandards in der chemischen Industrie erfordern besonders robuste und sichere Antriebe. Im Zuge steigender Energiepreise müssen antriebstechnische Lösungen darüber hinaus effizient und sparsam sein. Dabei kommt es nicht nur auf die einzelnen Produkte, sondern bei ganzheitlicher Betrachtung auf das Gesamtpaket aus Motor, Getriebe und Antriebselektronik an.

Johannes Dries

Angesichts stetig steigender Energiepreise sind Unternehmen gefordert, die damit verbundenen ebenfalls steigenden Betriebskosten zu senken, um wettbewerbsfähig zu bleiben. Allein die Tatsache, dass zwei Drittel des industriellen Stromverbrauchs in Produktionsanlagen auf die Antriebstechnik entfallen, verlangt nach einem entsprechenden Produkt- und Leistungsangebot, um dieser Problematik wirkungsvoll entgegensteuern zu können. Gleichwohl kommt es nicht nur auf die einzelnen Produkte, sondern bei ganzheitlicher Betrachtung auf die Gesamtlösung aus Motor, Getriebe und Antriebselektronik an. Daher baut Nord seine Motoren nicht nur mit und ohne Bremse, sondern auch vierpolig als Energiespar-Drehstrommotor, die auch nach den Vorschriften des US Energy Policy Act of 1992 (EPACT) geliefert werden. Für hohe Wirkungsgrade hat auch das Getriebesortiment die entsprechenden Lösungen parat. Durch optimierte Abwälzbewegungen, speziell bei den Stirnradgetrieben, reduzieren sich die durch Reibung entstehenden mechanischen Verluste auf ein Minimum. Die Folge: Die Getriebe arbeiten nahezu verlustfrei. Mit einem speziell entwickelten Formschleifverfahren lassen sich die Motorabtriebsritzel direkt auf der Motorwelle anbringen. Vorteile dieses Verfahrens sind u. a. die Einsparung einer Übersetzungsstufe. Für den Anwender bedeutet dies neben konstruktionsbedingten Kosteneinsparungen und einem geräuschärmeren Lauf ein höherer Wirkungsgrad des Getriebes. Ein weiteres Beispiel ist die kaltgewalzte Schneckenverzahnung. Auch dieses Herstellverfahren wurde zur Optimierung der Getriebeleistungen speziell entwickelt. Durch die deutlich glatteren Oberflächen der Schneckenzahnflanken im Vergleich zur konventionellen Fertigung durch Schleifen konnte der Wirkungsgrad weiter erhöht werden.
Alle Getriebe werden in Blockgehäusebauweise gefertigt. Neben den hohen Wirkungsgraden der Getriebebaureihe mit Stirnrad-, Flach-, Kegelrad- und Schneckengetrieben gibt es weitere entscheidende Vorteile für den Betreiber. Dabei sind größte Betriebssicherheit, höchste Abtriebsdrehmomente, hohe Axial- und Radialbelastbarkeit, geräuscharmer Lauf, hohe Effizienz sowie geringer Wartungsaufwand und lange Lebensdauer die herausragenden Eigenschaften dieser Baureihe.
Eine weitere Reduzierung der Betriebskosten ist im Bereich der Frequenzumrichter möglich. Die Geräte der Reihe SK 5xxE und 700 E bieten eine Funktion zur Energieeinsparung beim Betrieb von Asynchronmotoren speziell im Teillastbereich. Dabei benötigt der Asynchronmotor zur Abgabe seines vollen Drehmoments eine dazu passende Magnetisierung. Üblicherweise halten Frequenzumrichter über den Drehzahlbereich diese Magnetisierung konstant. D.h. bei Teillasten wird eine unnötig hohe Magnetisierung aufrechterhalten, die zusätzliche Wärmeverluste im Motor erzeugt. Umrichter passen die Magnetisierung automatisch an die Last an und reduzieren damit den Motorstrom und die Verluste im Motor. Insbesondere bei kleinen Teillasten im Bereich von 10 bis 15 % lassen sich mit dieser Funktion bis zu 30 % Energie einsparen. Der resultierende Motorstrom Is ist mit der Magnetisierungsanpassung deutlich geringer geworden. Eine entsprechende Energieeinsparung ist das Ergebnis. Die Energiesparfunktion ist für alle Anwendungen geeignet, z. B. Pumpen, Ventilatoren und horizontale Förderbänder, bei denen keine besonderen Ansprüche an die Dynamik des Prozesses gestellt werden.
Als dezentrale Frequenzumrichter Nordac trio SK 300 E und SK 750 E lassen sich besonders kompakte Antriebslösungen realisieren, direkt auf den Motor aufgebaut oder an der Wand montiert mit vollwertiger Steuer- und Parametrierfunktionalität. Die Geräte sind leistungsstark, robust, flexibel und äußerst wirtschaftlich.
Ex-Motoren optimieren Anlagenbetrieb
Der Einsatz von Motoren mit Frequenzumrichtern in der Chemieindustrie konnte bislang nur nach vorheriger Abnahme in Ex-Bereichen eingesetzt werden. Nun finden, aufgrund ihrer Zertifizierung, Ex-e-Motoren ohne vorherige Abnahme in explosionsgefährdeten Bereichen Anwendung. Die Ex-e-Motoren von Getriebebau Nord sind nun mit Zertifikaten ausgestattet, die es erlauben, Motor und Umrichter ohne zusätzliche Abnahmen frei zu kombinieren. Das Duo kann bei Getriebemotoren die Kosten bis zu 40 % und das Gewicht bis zu 60 % im Vergleich zum druckfest gekapselten Motor reduzieren. Zudem verkürzen sich die Lieferzeiten und gleichzeitig erhöht sich die Verfügbarkeit.
Der Projektierungsaufwand verringert sich, indem durch eine Dokumentation die am Umrichter einzustellenden Parameter benannt werden. Ein weiterer Vorteil ist eine hohe Projektierungssicherheit durch eine leicht verständliche Dokumentation mit konkreten Handlungsvorgaben. Auch die Kombination von Ex-e-Motoren von Nord mit geeigneten Umrichtern anderer Hersteller ist möglich. Die Motoren können sowohl direkt als auch über IEC-Zylinder am Getriebe adaptiert werden.
Zu den typischen Applikationen zählen der Antrieb für Pumpen, Förderern oder Rührern, die in Bereichen aufgestellt sind, in denen gelegentlich oder selten mit explosiven Gasatmosphären zu rechnen ist. Vor allem, wenn variable Drehzahlen und ein sanfter Anlauf oder Halt gewünscht werden, bietet diese Technik Vorteile. Die Antriebe sind für S1-Dauerbetrieb nach Wärmeklasse F zugelassen. Solche Anwendungen finden sich beispielsweise unter anderem in der chemischen und petrochemischen Industrie.
Die neuen Zulassungen für Nord-Motoren stellen sowohl aus technischer als auch wirtschaftlicher Sicht eine Alternative zu druckfest gekapselten Motoren dar. Die bewährte zuverlässige Technik der Ex-e-Motoren verbunden mit der direkten Temperaturüberwachung und der Einhaltung der definierten Betriebsparameter des Frequenzumrichters erfüllen die Vorgabe des Europäischen Explosionsschutzes der Kategorie 2G für Zone 1 und 2.
Stirnradgetriebe universell einsetzbar
Das Getriebe im Blockgehäuse besitzt zahlreiche technische Vorteile. Dabei waren die Wettbewerbsfähigkeit, Verringerung der Herstellkosten und Teilevielfalt nur einige der Gründe, einen modifizierten Stirnradgetriebetypen zu entwickeln. Im Vordergrund aller Überlegungen standen die Kundenanforderungen nach einem robusten und individuell einsetzbaren Produkt.
Das Gehäuse des Stirnradgetriebes besteht aus Aluminium, ist stabiler und 60 % leichter als sein Vorgänger aus Grauguss. Der Vorteil: Wenn bei Bewegungsvorgängen das Getriebe mittransportiert werden muss, reduzieren sich aufgrund des geringeren Gewichtes die Kosten. Ein weiterer Vorteil: Aluminium-Druckguss hat eine saubere, glatte Oberfläche mit einem natürlichen Korrosionsschutz und muss nicht unbedingt lackiert werden.
Auch konstruktiv haben sich die Ingenieure etwas einfallen lassen: Der bislang vorhandene Montagedeckel entfällt jetzt, der innere Getriebeaufbau wird einfacher. Früher konnten keine größeren Lager eingesetzt werden, um ein Überschneiden und Kollidieren zu verhindern. Bei den neuen Getrieben können sich nun, durch den inneren, räumlich versetzten Aufbau, die Lager überlappen. Das bedeutet gleichzeitig den Einsatz von groß dimensionierten Kugellagern, da ihre Kapselung in jeder Einbaulage optimal geschmiert ist. Somit können bei marktüblichen Anschlussmaßen deutlich höhere Kräfte aufgenommen werden bzw. die Lebensdauer ist deutlich länger. Auch das schont den Geldbeutel der Anwender.
cav 422

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