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Energiesparen im Ex-Bereich

IE4-Permanentmagnetmotoren für die Oleochemie
Energiesparen im Ex-Bereich

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Motoren für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen sind derzeit von den Vorschriften der EU zum Mindestwirkungsgrad ausgenommen, denn der Explosionsschutz hat selbstverständlich Vorrang. Für ein in der oleochemischen Verarbeitung tätiges Unternehmen ist die Energieeinsparung jedoch ein vorrangiges Ziel, und man entschied sich für explosionsgeschützte Permanentmagnetsynchronmotoren der Energieeffizienzklasse IE4 als eine Reihe von Atex-Motoren erneuert werden musste.

Autor Markus Kutny Produktmanager, Energy Efficiency Solutions, Bauer Gear Motor

Die Prozesse zur Herstellung von Oleochemikalien entsprechen denjenigen in der petrochemischen Industrie, was bedeutet, dass häufig explosionsgefährliche Atmosphären vorliegen. Die Erhöhung der Wirkungsgrade von Elektromotoren werden auch in diesem Bereich angestrebt. Bei Anwendungen in potenziell explosionsgefährdeten Bereichen sind Motoren jedoch von den aktuellen Vorschriften der EU zum Mindestwirkungsgrad ausgenommen. Hierdurch haben Industriesektoren wie Petrochemie, Öl, Gas und Bergbau weniger Optionen bei ihren Bemühungen um eine Steigerung der Gesamteffizienz ihrer Anlagen. Hierfür hat Bauer einen explosionsgeschützten Permanentmagnetsynchronmotor (PMSM) der Effizienzklasse IE4 entwickelt. Dieser erreicht dieselben hohen Wirkungsgrade wie die übrigen Modelle der Produktserie und hat die Atex-Zulassung für explosionsgefährdete Bereiche der Zone 1 und 21.
Im konkreten Fall geht es um eine Reihe von Mischbehältern in einem als Zone 1 eingestuften Bereich, die von explosionsgeschützten Getriebemotoren angetrieben werden. Diese Getriebemotoren mussten durch neue Komponenten ersetzt werden. Bei gleich bleibenden technischen Spezifikation sollte ein höherer Wirkungsgrad erreicht werden und die Möglichkeit zur Umrichtersteuerung bestehen. Das Unternehmen wandte sich mit diesen Anforderungen an Bauer Gear Motor. Die Ingenieure ermittelten die technischen Anforderungen und entwickelten einen Antriebsstrang bestehend aus einem umrichtergeregelten, explosionsgeschützten Permanentmagnetsynchronmotor (PMSM) der Energieeffizienzklasse IE4, verbunden mit einem BG70-Getriebe und gesteuert über einen Danfoss-Umrichter vom Typ FC-302. Diese Kombination bot die notwendige Steuermöglichkeit und die entscheidende Energieeffizienz bei gleichzeitiger Einhaltung der erhöhten Sicherheitsanforderungen.
Hohe Leistung, geringe Betriebskosten
Die ursprünglich für den oleochemischen Prozess eingesetzten Asynchronmotoren (ASM) waren mit Zündschutzart Ex d (explosionsgeschützt) für den Betrieb in Zone 1 zugelassen. Eine gründliche Untersuchung ergab, dass die neuen Komponenten mit Ex e (erhöhte Sicherheit) ebenfalls die Anforderungen für den Betrieb in Zone 1 erfüllten. Das Angebot, das dem Chemieunternehmen schließlich unterbreitet wurde, wies nicht nur deutliche Einsparungen beim Anschaffungspreis der Getriebemotoren aus, sondern auch reduzierte Betriebskosten. Vergleicht man die Baugrößen von IE3-ASM mit vergleichbaren Leistungsdaten der Bauer-PMSM bis hinauf zum 11-kW-Modell, so fallen die Bauer-Modelle zudem entweder gleich oder eine Baugröße kleiner aus als der entsprechende ASM. Hierdurch kann ein höherer Integrationsgrad erreicht werden bzw. höhere Leistung und ein höheres Drehmoment im Vergleich zu einem anderen Motor gleicher Baugröße.
Die PMSM-Serie umfasst eine Reihe umweltfreundlicher Motoren, die anstelle des in den meisten Niederspannungsinduktionsmotoren verbauten Käfigläufers eine hocheffiziente Läuferbauart mit integrierten Permanentmagneten aus den Metallen der Seltenen Erden aufweist. Die Bauweise des PMSM reduziert die Wärmeverluste am Läufer um 100 %, die Gesamtverluste um rund 25 % und steigert gegenüber den effizientesten Motoren konventioneller Bauart den Gesamtwirkungsgrad um 10 % oder mehr. Für den PMSM-Anwender bedeutet diese Leistungssteigerung geringere Gesamtbetriebskosten und eine Reduzierung des CO2-Ausstoßes.
Beliebige Umrichter einsetzbar
Die Motoren wurden an Stirnradgetriebe der Reihe BG angebaut, weil sie bei hohen Drehzahlen Drehmomente bis zu 18 500 Nm erreichen. In die Motoren lässt sich problemlos ein Umrichter wie der Danfoss FC-302 integrieren, der dafür sorgt, dass in jeder Phase des Mischvorgangs die erforderlichen Drehzahlen aufrecht erhalten werden. Die Ausführung der Getriebe erreicht die Schutzart IP 66, und ein Schmierstoffwechsel ist erst nach 15 000 Betriebsstunden fällig, ideal also für Anwendungen, die höchste Zuverlässigkeit verlangen. Zudem tragen diese Eigenschaften zur Reduzierung der Wartungskosten für die Gesamtanwendung bei.
Vielfach geben die Hersteller von Spezialmotoren einen bestimmten Umrichter vor, der für die Anwendung mitinstalliert werden muss. Bauer unterwirft die Kundenanwendung keiner derartigen Einschränkung und lässt den Kunden den Umrichter verwenden, der sich für die jeweiligen Gegebenheiten am besten eignet. Hierdurch können Instandhaltungsleiter ihren Ersatzteilvorrat optimieren und zusätzlichen Aufwand an technischer Schulung für einen neuen Umrichter vermeiden.
prozesstechnik-online.de/cav0715400
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