Energiesparen im Dauerbetrieb

Der Autor: Jörg Niermann Marketingleiter, Getriebebau Nord

Die Internationale Elektrotechnische Kommission hat im Rahmen der weltweiten Klimaschutzbemühungen eine neue Norm entwickelt, die die Effizienzklassen für Elektromotoren vereinheitlichen soll: die IEC 60034-30:2008. Europaweit wird die neue Norm von der sogenannten Ökodesignrichtlinie ErP 2009/125/EG (Nachfolgeregelung zur EuP 2005/32/EG) umgesetzt, die am 16. Juni 2011 in Kraft tritt. Ab dem Stichtag dürfen Antriebshersteller Motoren zwischen 0,75 und 375 kW, die von der neuen Richtlinie betroffen sind, nur noch als (teurere) IE2-Ausführung in Verkehr bringen. Auch Maschinenbauer sind verpflichtet, ab diesem Zeitpunkt effizienzoptimierte Motoren zu verwenden.

Die Norm schreibt grundsätzlich für alle Anwendungen im Dauerbetrieb (Betriebsart S1) IE2-Motoren vor. Ausnahmen gibt es u. a. bei Anwendungen am Frequenzumrichter und Anwendungen mit explosionsgeschützten Antrieben, außerdem bei Bremsmotoren, Tauchmotoren, Motoren, die bei Umgebungstemperaturen über +40 °C oder unter -15 °C betrieben werden und solchen, die in über 1000 m Höhe eingesetzt werden. Bevorratete und bereits installierte Ersatzantriebe, die noch nicht dem IE2-Standard entsprechen, können zudem ab dem Inkrafttreten der Regelung weiter genutzt werden.

Für den Aussetz- und Kurzzeitbetrieb sind keine IE2-Motoren erforderlich. Dauerbetrieb hingegen bedeutet aber nicht unbedingt, dass ein Motor den ganzen Tag oder eine Schicht lang ununterbrochen in Betrieb ist. Oft ist das zwar so, wenn jedoch ein Motor z. B. nur eine Stunde am Tag benötigt und dafür einmal ein- und später wieder ausgeschaltet wird, zählt dies ebenfalls als Dauerbetrieb, sofern der Motor während dieser einen Stunde dauerhaft läuft. Falls es in einem solchen Fall keine besonderen Umstände gibt, durch die die Anwendung unter eine Ausnahmeregelung fällt, kann hinsichtlich Aufwand und Kosten die Umstellung wenig rentabel sein. In zahlreichen chemietechnischen Anwendungen werden Antriebe allerdings im klassischen Dauerbetrieb, d. h. zumindest mehrere Stunden am Stück, eingesetzt, sodass sich die Investition in die energiesparenden IE2-Motoren schnell amortisiert. Hierzu zählen Pumpenanwendungen, Rührwerke sowie Förderanlagen und Förderbänder. Gerade bei Pumpenanwendungen lohnt sich die Investition in die neue Antriebsgeneration, selbst wenn die Pumpenantriebe von Fre-quenzumrichtern gesteuert und somit von der IE2-Regelung eigentlich ausgenommen sind: Hier sind je nach Viskosität des Mediums häufig Höchstleistungen gefragt, für die IE2-Motoren bessere Reserven bieten. Das Gleiche gilt für Rührwerke, in denen kontinuierlich z. B. Kunstharze, Farben oder Lacke vermischt und bewegt werden. Nicht zu unterschätzen ist schließlich, dass die sehr energieeffizienten IE2-Antriebe ein umweltfreundliches Image mit sich bringen – dies werden viele Hersteller zur Verwirklichung ihrer selbst gesteckten Umweltziele nutzen können.

IE2-Motoren bieten für Chemie-Anwendungen neben der verbesserten Energieeffizienz eine ganze Reihe von weiteren Vorteilen. Zum einen fällt bei ihnen nur sehr wenig Abwärme an, wodurch Klimaanlagen entlastet werden. In vielen chemietechnischen Applikationen wird Kühlwasser in die Umwelt abgeleitet, das aber selbstverständlich nicht zu stark erhitzt sein darf. Zudem sind die Lager in IE2-Motoren thermisch weniger beansprucht, sodass auch die Gesamtlebensdauer der Motoren deutlich steigt. IE2-Motoren von Nord schließlich sind für einen weiten Spannungsbereich konzipiert: Durch die Verwendung von mehr Aktivmaterial können Spannungsschwankungen besser kompensiert und den Antrieben höhere Leistungen abgefordert werden. Nord liefert zudem auch IE2-Motoren für die in der Chemieindustrie verbreitet vorzufindende Sonderspannung 290/500 V. Besonders zu beachten ist aber weiterhin, dass IE2-Ausführungen rund 10 bis 40 % schwerer im Vergleich zu bisherigen EFF2-Modellen ausfallen. In Ausnahmefällen weichen auch einige Maße von den bisherigen ab – diese Faktoren müssen Anwender und Konstrukteure bei der Projektierung beachten.

Nord Drivesystems hat bei den neuen Energiesparmotoren, die die weltweit gültigen Rahmenbestimmungen der IEC-Norm 60034-30 erfüllen, ein 3-Punkte-Konzept umgesetzt. Die Effizienzklasse IE2 wird mit Konstruktionen erreicht, die erstens mehr Aktivmaterial verwenden, zweitens hochwertigere Bleche mit geringeren Verlusten einsetzen und drittens die Kupferfüllfaktoren erhöhen – bei gleichzeitiger Verkleinerung der Wickelköpfe. IE2-Motoren dieser Art sind bereits seit Ende 2010 lieferbar. Früheren Modellen sind die effizienten Lösungen in zahlreichen Punkten überlegen: Neben dem höheren Wirkungsgrad zählen dazu auch höhere Anzugs- und Kippmomente, weniger Schlupf sowie geringere Abwärme und thermische Reserven. Für einen IE2-Typ ergibt sich so im Vergleich zum direkten Vorläufermodell eine höhere Lebensdauer und ein Einsparpotenzial bei den Betriebskosten.

Die IE2-Motoren von Nord haben eine neue Charakteristik erhalten. Thermische Reserven ermöglichen jetzt eine Antriebsauslegung, mit der der Teillastbereich nach oben verschoben werden kann. Durch die Symmetrierung um den Bemessungspunkt ist auch ein effizienter Betrieb oberhalb des Bemessungspunktes möglich. So erlauben die geringeren Verluste der IE2-Motoren einen Betrieb oberhalb der Nennleistung, der auch dauerhaft thermisch unkritisch ist. Für Anwender bedeutet dies, dass dieser Betriebsbereich für die Projektierung von Applikationen mit einbezogen werden kann. Da auch die Anzugs- und Kippmomente gesteigert wurden, empfiehlt Nord, die Auslegung zu optimieren und Sicherheitsfaktoren zu verkleinern bzw. ganz herauszunehmen, da der Motor selbst dauerhaft Reserven besitzt. Werden diese Reserven konsequent genutzt, ergeben sich auch ökonomische Vorteile, da in vielen Fällen kleinere Baugrößen eingesetzt werden können. Bei Motoren mit mehreren Bemessungsspannungen verlangt die Vorschrift, dass der Wirkungsgrad für den ungünstigsten Bemessungspunkt angegeben wird. 4-polige IE2-Motoren von Nord haben ausreichend Reserven, sodass die Motoren auch weiterhin für den Weitspannungsbereich geliefert werden können.

Halle 15, Stand F32

Online-Info: www.cav.de/0311424