Energieeffizienz Kleinantriebe in der Produktion ermöglichen hohe Einsparungen

Auf die Antriebstechnik entfällt fast 70% des Gesamtstromverbrauchs der deutschen Industrie. Werden Kleinantriebe mit effizienten Motoren und Getrieben richtig eingesetzt, erschließen sich hohe Einsparpotenziale. Zudem müssen die Lifecycle Costs zunehmend bei der Antriebsauslegung berücksichtigt werden.

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In industriellen Anwendungen wurde in der Vergangenheit bei Neuinvestitionen und in der Ersatzteilbeschaffung wenig auf effiziente und intelligente Motoren- und Getriebekonzepte geachtet. Da jedoch fast 43% des gesamten Stromverbrauchs in Deutschland auf die Industrie entfallen, können die Anlagen dort einen großen Beitrag zur Reduzierung des Energieverbrauchs leisten, wenn sie mit effizienten, intelligenten Technologien ausgestattet sind. Außerden emittieren umgerüstete Anlagen weniger CO₂ und leisten einen Beitrag zum Erreichen der festgelegten Klimaschutzziele.

Kleinantriebe gewinnen in der Industrie an Bedeutung

Intelligente Getriebemotoren können, was Zukunftsorientierung und Effizienz betrifft, eine Vorreiterrolle in der Antriebstechnik einnehmen. Besonders den Kleinantrieben sollte hinsichtlich möglicher Einsparpotenziale Beachtung geschenkt werden, denn jährlich werden 9 bis 10 Mio. solcher Antriebe gefertigt und in der industriellen Produktion eingesetzt – mit steigender Tendenz.

Sowohl ihr Stromverbrauch im Betrieb wie auch die gesamten installierten Anschlussleistungen spielen eine erhebliche Rolle bei den Anlageninvestitionen. Durch die stark zunehmende dezentrale Antriebstechnik gewinnen sie immer mehr an Bedeutung und erlauben mehr Flexibilität im Maschinen- und Anlagenbau.

Energieverbrauch reduzieren beim Einsatz von Kleinantrieben

Um Kleinantriebe energieeffizient einzusetzen, stehen vier Wege zur Auswahl:

• Der einfachste und schnellste Weg zu einem energieeffizienten Einsatz von Antrieben ist die applikationsangepasste Auslegung der Antriebe. Werden sie aus einem Sicherheitsbedürfnis heraus überdimensioniert, dann laufen sie im Teillastbereich und damit im Bereich von sehr geringen Wirkungsgraden. Laut einer ZVEI-Studie lassen sich mit der richtigen Dimensionierung 60% des Einsparpotenzials gewinnen. Ein weiteres Problem bei der Auswahl von Motorenkonzepten liegt in der Fokussierung auf einen niedrigen Anschaffungspreis. Die Lifecycle Costs müssen gerade heute als ein wichtiger Aspekt moderner Antriebskonzepte berücksichtigt werden.

• Neben der richtigen Dimensionierung der Antriebe spielt der Wirkungsgrad der eingesetzten Getriebe mit 15% des möglichen Einsparpotenzials eine wichtige Rolle. Derzeit dominieren Schneckengetriebe durch ihre vergleichsweise geringen Herstellungskosten den Bereich der Kleinantriebe. Jedoch haben sie durch ihre gleitende Reibung in dem Untersetzungsbereich, in dem sie am häufigsten eingesetzt werden (10 bis 60:1), sehr schlechte Wirkungsgrade von 70 bis 35%. Da der antreibende Motor auch das Losbrechmoment des Schneckenradsatzes überwinden muss, führt dies zu einer zusätzlich notwendigen Überdimensionierung der Antriebsmaschine. Doch inzwischen gibt es gerade für Winkelgetriebeapplikationen eine Alternative zum Schneckengetriebe: Winkelgetriebe mit Planrad- oder Kronenradtechnologie. Sie basieren auf einer Verzahnungstechnik mit überwiegender Rollreibung, wodurch Wirkungsgrade zwischen 85 und 97% erreicht werden. Ein symmetrischer Aufbau, eine deutlich längere Lebensdauer und die Einsparpotenziale hinsichtlich der Investitions- und Betriebskosten sind somit entscheidende Vorzüge. Erlaubt es der Bauraum, lassen sich allerdings auch Planeten- und Stirnradgetriebe mit ähnlichen Wirkungsgraden und Leistungsmerkmalen einsetzen.

• Ein vergleichbares Einsparpotenzial von weiteren 15% bietet der Einsatz von wirkungsgradoptimierten Motorenkonzepten. So können mit elektrisch kommutierten Motoren (sogenannte EC- oder BLDC-Motoren) trotz ihrer Elektronik und des damit verbundenen Mehrbedarfs an Energie die Kosten erheblich reduziert werden – und dies nicht nur im Dauerbetrieb, sondern auch im Anlaufverhalten. Das führt zu niedrigeren Netzschwankungen und damit auch zu geringeren Anschlussleistungen.

• Die letzten 10% der möglichen Einsparungen liegen in den Steuerungskonzepten. Durch den Einsatz von BLDC-Antrieben sind intelligente Steuerungskonzepte relativ einfach umzusetzen, sodass die entsprechende Applikation energieoptimiert betrieben werden kann. Dies erreicht man durch einen Übergang von der zeitoptimalen zur energieoptimalen Bewegungssteuerung.

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