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Antriebslösung

So maximieren Sie die Gebläse-Performance

| Autor / Redakteur: Thilo Krebs und Thomas Horn / Dr. Jörg Kempf

250 Kilowatt kompakt: Ein direkt am Gebläseblock montierter Motor Simotics SD next generation von Siemens erreicht am Umrichter Sinamics G120 die Systemwirkungsgradklasse IES2 und über den gesamten Regelbereich einen optimierten Wirkungsgrad.
250 Kilowatt kompakt: Ein direkt am Gebläseblock montierter Motor Simotics SD next generation von Siemens erreicht am Umrichter Sinamics G120 die Systemwirkungsgradklasse IES2 und über den gesamten Regelbereich einen optimierten Wirkungsgrad. (Bild: Kaeser Kompressoren)

Bei der bislang leistungsstärksten Schraubengebläsereihe HBS mit Sigma-Profil zieht der Kompressorhersteller Kaeser vor allem in energetischer Hinsicht alle Register. Eine perfekt aufeinander abgestimmte Motor-Umrichter-Lösung von Siemens erfüllt die Systemwirkungsgradklasse IES2 und realisiert über den gesamten Regelbereich, also bei schwankendem Druckluftbedarf, einen optimierten Wirkungsgrad. Der kompakte, direkt den Gebläseblock treibende Simotics Motor der jüngsten Generation spart zudem Platz und ist vorbereitet für digitale, hocheffiziente Serviceprozesse.

Kaeser Kompressoren aus dem oberfränkischen Coburg ist einer der weltweit führenden Hersteller und Anbieter von Produkten und Dienstleistungen für das Erzeugen, Bereitstellen und Verteilen von Druckluft. Das 1919 gegründete Familienunternehmen produziert heute an zwei Standorten in Deutschland und beschäftigt weltweit rund mehr als 6000 Mitarbeiter. Kernkomponenten des breitgefächerten Produktspektrums sind Schrauben- und Kolbenkompressoren, Gebläse, abgestimmte Steuerungssysteme und diverse darauf aufbauende Systemlösungen.

Jüngste Entwicklung von Kaeser Kompressoren und ein nach eigenen Angaben „neuer Meilenstein in der Verdichtertechnik“ sind Schraubengebläse der Baureihe HBS. Die bislang größten und leistungsstärksten Anlagen dieser Art erzeugen einen Volumenstrom von 40 bis 160 m3/min bei einem Differenzdruck bis 1100 mbar. Entsprechend dimensioniert sind auch die Motornennleistungen mit bis zu 250 kW.

Schraubengebläse sind prädestiniert für Niederdruckanwendungen, z.B. die Klärbeckenbelüftung und das Filterspülen in der Wasserwirtschaft oder für pneumatisches Fördern von Schüttgütern. Charakteristisch für diese Anwendungen ist ein schwankender Druckluftbedarf, dem der erzeugte Volumenstrom dynamisch angepasst werden muss. Dies setzt wiederum einen frequenzgeregelten Antrieb voraus. Um diesbezüglich die gewohnt hohe Energieeffizienz und Wirtschaftlichkeit bieten zu können, haben sich die Kaeser-Entwickler von Anfang an Spezialisten von Siemens, ihrem langjährigen Systemlieferanten für Antriebstechnik, ins Boot geholt. Gemeinsam definierte Entwicklungsziele auf der Antriebsseite waren ein hoher Wirkungsgrad über den gesamten Regelbereich hinweg, eine kompakte Bauweise und ein servicefreundlicher Betrieb.

Effiziente und Platz sparende Systemlösung

Die Kombination aus einem Motor der jüngsten Baureihe Simotics SD next generation und einem Frequenzumrichter Sinamics G120 erfüllt von Haus aus, also ohne aufwändige Anpassung, die derzeit höchste Systemwirkungsgradklasse IES2 nach der Norm EN 50598. Damit lässt sich der Volumenstrom dynamisch einem schwankenden Druckluftbedarf anpassen und über den gesamten Regelbereich ein optimierter Wirkungsgrad realisieren. Direkt und verlustfrei am Schraubenverdichter montiert, treibt ein Simotics SD der Baugröße AH315 mit 250 kW Nennleistung das leistungsstärkste Schraubengebläse HBS 1600 SFC an. Mit seiner höheren Leistungsdichte bei kleineren Hüllmaßen benötigt der neue Siemens-Motor deutlich weniger Platz als vergleichbare Grauguss-Motoren. Das hat dazu beigetragen, die Maschine besonders kompakt zu bauen und somit Stellfläche einzusparen.

Der Umrichter Sinamics G120 der neuen Baugröße FSG ist modular in der kompakten Blocksize-Bauweise ausgeführt und verfügt über eine integrierte DC-(Gleichstrom)-Zwischenkreisdrossel gegen Netzrückwirkungen auf der Primärseite. Mit der nun internen Netzdrossel benötigt der Umrichter weniger als die Hälfte des Einbauraums früherer Geräte dieser Leistungsklasse. Gleichzeitig entfällt damit auch der Verdrahtungsaufwand, was die Installation und Inbetriebnahme weiter vereinfacht und verkürzt.

Als sehr praktisch und flexibel hat sich auch das innovative Anschlusskonzept der Motoren erwiesen. Der Anwender hat damit die Wahl zwischen 40 verschiedenen Positionen des Anschlusskastens, was den Gestaltungsspielraum bei der mechanischen Konstruktion erweitert.

Fit für Globalisierung und Digitalisierung

Der Simotics SD Motor ist für den weltweiten Einsatz zugelassen (CE, EAC, UL-S, CSA-S, …) und vorbereitet für die Digitalisierung. Bei Bedarf kann er über das Konnektivitätsmodul Simotics Connect 400 einfach in eine cloudbasierte Überwachung und Datenanalyse mit Sidrive IQ eingebunden werden. Damit ist eine präzise Ferndiagnose möglich.

Konkreten Mehrwert bietet schon jetzt ein Data-Matrix-Code auf dem Typenschild des Simotics SD next generation. In Verbindung mit der Simotics Digital Data App eröffnet er Anwendern immer und überall schnellen Zugang zu relevanten Informationen. Durch Scannen des Codes erhalten diese die passenden elektrischen und mechanischen Daten sowie Service-Informationen und Betriebsanleitungen für ihren Motor. Das vereinfacht die Inbetriebnahme, die Montage und auch den Service weiter.

Effizienz und Zuverlässigkeit garantiert

Auch die neuen Schraubengebläse bauen im Inneren auf das besonders energiesparende, in puncto Druck und Liefergrad optimierte Sigma-Profil der Schraubenrotoren. Die Anlagen arbeiten um bis zu 35 Prozent effizienter als herkömmliche Drehkolbengebläse und bieten auch gegenüber vielen Schraubengebläsen und Turboverdichtern deutliche energetische Vorteile. Der Hersteller garantiert die aufgewendete Leistung pro Volumenstrom (spezifische Leistungsaufnahme in kW pro m3/h) in den engen Toleranzen der ISO 1217 Anhang E. So können die Betreiber sicher sein, dass sie die prognostizierten Einsparungen und Amortisationszeiten in der Praxis realisieren. Die neue, gemeinsam mit Siemens entwickelte Antriebslösung aus dem robusten Motor Simotics SD next generation und dem Umrichter Sinamics G120 trägt dazu einen deutlichen Teil bei.

Gemeinsam in die Zukunft

Im Bereich kleinerer Nennleistungen setzt Kaeser bei drehzahlgeregelten Maschinen auf die Einführung von schlupffrei arbeitenden Synchron-Reluktanz-Motoren und bei Maschinen mit Festdrehzahl von Motoren mit der sehr hohen Effizienzklasse IE4. Dieser Umstellungsprozess quer durch alle Produktreihen ist derzeit in vollem Gang und erfolgt in enger Kooperation der beiden Häuser Kaeser und Siemens.

* Die Autoren sind Mitarbeiter der Siemens AG, Nürnberg bzw. Bayreuth.

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