Antriebstechnik IE2, IE3 oder IE4? Hier finden Sie Tipps für die Antriebswahl

Autor / Redakteur: Dipl.-Ing. Hans-Jürgen Bittermann / Dr. Jörg Kempf

Seit Januar dürfen EU-weit im Leistungsbereich zwischen 7,5 und 375 kW nurmehr IE3-Motoren, wahlweise drehzahlsteuerbare IE2-Motoren verkauft werden. Moderne Antriebstechnik vermag aber mehr als nur effizient zu sein, bietet mit interessanten Funktionalitäten weitere Vorteile. Kurz: Es lohnt sich, auch im Bestand aufzuräumen. Wir geben Tipps für die Antriebswahl.

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Welchen Antrieb nehmen – IE2 und Frequenzumrichter, IE3 oder doch gleich IE4? Nur anhand der Effizienz-Klassifizierung lässt sich nicht bewerten, welches Antriebssystem dem Betreiber die meisten Vorteile bietet.
Welchen Antrieb nehmen – IE2 und Frequenzumrichter, IE3 oder doch gleich IE4? Nur anhand der Effizienz-Klassifizierung lässt sich nicht bewerten, welches Antriebssystem dem Betreiber die meisten Vorteile bietet.
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Der Umsatz deutscher Anbieter von Antriebstechnik belief sich 2014 auf rund 15,4 Milliarden Euro – und 2015 soll es mit einem Plus von zwei Prozent weiter aufwärts gehen. Der positive Ausblick gründet wohl vor allem auf der Ökodesign-Richtlinie (neu zu installierende Motoren müssen energieeffizienter sein).

Der ZVEI wird nicht müde darauf hinzuweisen, dass ein effizienter Motor allein nicht alle Energieeinsparmöglichkeiten erschließe – das gehe nur über eine Optimierung des gesamten Systems: also die günstigere Rohrleitungsführung oder die Nutzung smarter Software-Funktionalitäten im Frequenzumrichter.

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Auf der MDA (Motion, Drive & Automation) der Hannover Messe 2015 vom 13. bis 17. April 2015 präsentieren die marktführenden Hersteller ihre neuen Produkte und Systemlösungen. Welche Themen dort adressiert werden, beschreibt Robert Schullan, Vorsitzender des MDA-Präsidiums und Mitglied des Vorstands von Schaeffler, so: „Das Thema Industrie 4.0 steht im Mittelpunkt. Zurzeit arbeiten wir intensiv daran, Antriebskomponenten mit integrierter miniaturisierter Sensorik auszustatten und darüber hinaus Maschinen und Anlagen mit zentralen Informationssystemen zu vernetzen, wodurch große Mengen an Daten kommuniziert werden können. Solche intelligenten Komponenten und Module sind die Voraussetzung für die Steuerung autonomer Prozesse in der Wertschöpfungskette unserer Kunden.“ Weitere Themen sind Nachhaltigkeit und Energieeffizienz sowie Condition-Monitoring-Systeme.

Kompakt und effizient zugleich

PROCESS hat sich bei einigen Unternehmen vorab umgehört – beispielsweise bei SEW-Eurodrive. Kompakt wie ein IE2-Motor, aber so effizient wie ein IE3 – das schafft dieser Anbieter mit seiner Baureihe DR. Die Drehstrommotoren sind in Abmessungen, Gewicht und Leistung optimiert, lassen sich somit einfach in Maschinen und Anlagen integrieren. Der seit 2008 angebotene Motorbaukasten erfüllt die Anforderungen sämtlicher Effizienzklassen von Standard- bis Super-Premium-Efficiency in einer Baureihe. Weil die Motoren immer die gleichen Zusatzausführungen nutzen können, profitiere der Betreiber von der überschaubaren Ersatz- und Verschleißteilbevorratung – ein Kostenvorteil für Ausrüster und Endkunden, wie SEW betont.

Mit der ,Energy Assist Unit‘ stellt Mitsubishi Electric eine interessante Möglichkeit vor, regenerative Energie von Servomotoren größer 30 kW intelligent in die Anlage zurückzuspeisen und sie dadurch wieder nutzbar zu machen und letztlich Energiespitzen deutlich zu reduzieren. Die Energy Assist Unit nimmt die regenerative Energie auf, die beim Abbremsen des Servomotors entsteht. Dabei erkennt das System den regenerativen Strom als solchen und speichert ihn in der Kondensatorbank.

Effizienz ist natürlich wichtig, aber erst die Verbindung von Antrieb, Sensorik und Steuerung schafft die Voraussetzung für Maschinen und Anlagen, per Internet Informationen auszutauschen – auch unter dem Stichwort Industrie 4.0 bieten Unternehmen neue Entwicklungen an. Mehr auf der nächsten Seite.

Bosch Rexroth etwa hat intelligente hydraulische und elektromechanische Antriebssysteme mit einem ‚Open Core Interface‘ im Programm. Dieses bietet Anwendern einen erweiterten Zugriff auf den Steuerungskern und lässt ihn eigenständig individuelle Funktionen realisieren. „Eine ganze Reihe von OEMs arbeitet mit unserer Schnittstelle aktuell daran, beispielsweise Smartphones und Tablet-PCs für eine einfachere Bedienung und Diagnose in ihre Konzepte einzubinden“, erklärt Dr. Karl Tragl, Vorstandsvorsitzender bei Bosch Rexroth. In zwei Pilotprojekten setze seine Firma „als eines der ersten Industrieunternehmen überhaupt“ Industrie-4.0-Ansätze in der eigenen Produktion um.

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Parker Hannifin stellt ebenfalls marktreife Antriebssysteme für die Industrie 4.0 vor, u.a. den Servoregler PSD, dessen Ethernet-basierte Schnittstelle Antriebsdaten in Echtzeit überträgt und z.B. im Zusammenspiel mit Einkabel-Servomotoren die präzise Überwachung von Prozessen erlaubt.

Die Dreiphasen-Antriebe Motiflex E180 von ABB für Asynchronmotoren können auf vielfältige Weise für unterschiedliche leittechnische Architekturen, Rückführungssysteme und Kommunikationsnetze konfiguriert werden. Sie stellen dadurch eine universelle Plattform für Hochleistungsanwendungen dar. Kern der Flexibilität des Antriebs ist die universelle Ethernet-Kommunikationsfähigkeit.

Ex-Schutz-Motoren in der Abwasseraufbereitung

Thames Water setzt in London 24 explosionsgeschützte 30 kW-Motoren der Baureihe W22x von WEG zum Antrieb von Reißmixpumpen ein. Diese bilden das Herzstück eines mechanischen Mischprozesses in zwölf, über beide Anlagen verteilten anaeroben Fermentern, über die Biogas aus organischen Abfällen, die im Abwasser enthalten sind, gewonnen wird.

Die Atex-konformen W22x-Niederspannungsmotoren sind EExd-klassifiziert und entsprechen den britischen WIMES-Richtlinien (Water Industry Mechanical and Electrical Specifications). Sie sind druckfest gekapselt und können somit sicher in entflammbaren oder explosiven Umgebungen betrieben werden. Die Motoren sind in den Wirkungsgradklassen IE2 bis IE4 erhältlich.

Antriebseinheiten in hygienischer Ausführung

Für die Drehzahlanpassung und selbstständige Prozessregelung in Anwendungen, die eine regelmäßige Reinigung mit Hochdruck-Dampfstrahlern erfordern, offeriert Nord Drivesystems Antriebseinheiten in hygienischer Ausführung. Glattmotoren mit integriertem Frequenzumrichter sind mit Schutzart IP66/IP69K für einen Leistungsbereich von 0,37 bis 1,1 kW verfügbar. Typische Einsatzbereiche: Förderbänder, Pumpen, Mixer und Rührwerke.

Eine Sanftanlauf-Funktion verringert den Einschaltstrom und schont die Mechanik sowie das Transportgut. Die Antriebe tolerieren starke Temperaturschwankungen und eignen sich für Umgebungstemperaturen von -25 bis +50 °C. Der Umrichter des Typs SK 180E hat ein robustes Aluminiumdruckgussgehäuse, das Schlägen bis sieben Joule standhält. Die Kühlrippen der Elektronikeinheit sind besonders flach und leicht zu reinigen.

Auf der nächsten Seite lernen Sie ein Tool kennen, mit dem der Betreiber schon in einem frühen Planungsstadium durch Auswahl sowohl der geeigneten Regelungsart als auch der optimalen Komponenten eines Antriebsstrangs die Grundlage für Energieeinsparungen in Antriebssystemen sichern kann.

Energieeffizienz-Tool im Detail verbessert

Siemens hat das Energieeffizienz-Tool Sina Save in der Version 6.0 grundlegend überarbeitet. Mit dem Tool kann der Betreiber schon in einem frühen Planungsstadium durch Auswahl sowohl der geeigneten Regelungsart als auch der optimalen Komponenten eines Antriebsstrangs die Grundlage für Energieeinsparungen in Antriebssystemen sichern.

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Ist eine Antriebslösung mit netzbetriebenem oder drehzahlgeregeltem Motor die energetisch günstigere Variante? Und welche ist wirtschaftlich sinnvoll? Welchen Einfluss hat der Wirkungsgrad eines Motors auf die Gesamteffizienz des Systems? Gerade mit Blick auf die Verpflichtung, ab Januar 2015 IE3-Motoren in den Einsatz zu bringen, ist das in vielen Fällen ein durchaus interessantes Thema.

Das Tool ermöglicht durch die Betrachtung zweier gegenübergestellter Antriebssysteme den direkten Vergleich verschiedener Antriebsvarianten und Regelungsarten.

Energieeffizienz: Da geht noch was

Alle Motortechnologien mit der gleichen Effizienzklasse weisen einen vergleichbaren Wirkungsgrad im Nennpunkt auf. Danfoss weist jedoch darauf hin, dass sie sich sehr wohl z.B. beim Anlaufverhalten oder im Teillastbetrieb unterscheiden. Was sollte der Betreiber noch beachten? Im ersten Schritt bestimmt natürlich die Anwendung den Motor. Welches Drehmoment bei welcher Drehzahl benötigt der Antrieb? Wie sieht das Betriebsverhalten aus und sind Sondermotoren gefordert, wie für eine vollständig im Medium eingetauchte Pumpe?

Eine kritische Bedingung ist oft das Einhalten vorgegebener Einbaumaße. Sind z.B. für bestehende Anlagen im Servicefall oder beim Retro-fit nur Motoren mit größeren Einbaumaßen verfügbar, führt das zu erheblichen Herausforderungen beim Anwender. Sollen die Motoren mit einem Umrichter betrieben werden, muss z.B. die Motorisolation für die gepulste Ausgangsspannung des Umrichters ausgelegt sein. Dies ist gerade bei älteren Motoren nicht immer gegeben. Für diese und mehr Fragen zu Motoren hat Danfoss eine Broschüre erstellt.

Fazit: Welchen Antrieb nehmen – IE2 und Frequenzumrichter, IE3 oder doch gleich auf einen IE4-Motor setzen? Die Antwort: Nur anhand der Effizienz-Klassifizierung lässt sich nicht bewerten, welches Antriebssystem dem Betreiber die meisten Vorteile bietet – weder hinsichtlich der Anwendung, noch hinsichtlich der Kosten. Es gibt keinen Motor, der in jedem Fall das Optimum darstellt. Eine fundierte Beratung ist und bleibt auch hier essentiell.

Tipp der Redaktion: Für den Einsatz von Energiesparmotoren existieren global verschiedene Regelungen, die bereits in Kraft getreten oder noch in Arbeit sind. Eine tabellarische Übersicht des ZVEI gibt einen Überblick über die Regelungen in verschiedenen Industrieländern [2].

* Der Autor ist freier Mitarbeiter bei PROCESS.

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