Magnetlager und Direktantriebe steigern Wirkungsgrad bei Kompressoren

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Zwar sind auch bei der neuen Technik mit modernen Direktantrieben und Magnetlagern Frequenzumrichterverluste mit einzurechnen, doch die möglichen Einsparungen führen dazu, dass der Wirkungsgrad trotzdem auf etwa 94% steigt. Im Vergleich zu konventionellen Techniken kann der antriebsseitige Wirkungsgrad damit um 9 bis 12 Prozentpunkte gesteigert werden.

Magnetlager arbeiten umweltschonend

Des Weiteren ist durch die moderne Motorelektronik eine Erhöhung des Drehzahlniveaus möglich. Zudem arbeiten Magnetlager auch ohne die sonst zur Reibungsminimierung notwendige Ölschmierung. Damit sind sie sehr umweltschonend.

Darüber hinaus können sie aufgrund der technisch ausgereiften Steuersysteme auch bei extrem hohen Drehzahlen sicher betrieben werden. Die kompakte Bauweise ermöglicht außerdem platzsparende und gewichtsoptimierte Konstruktionen.

Magnetlager jetzt für ein breiteres Einsatzspektrum verfügbar

In der Vergangenheit wurden Magnetlager nur bei ganz besonderen Anwendungen und im Bereich extrem hoher Drehzahlen verwendet. Nun eignen sie sich auch für ein breiteres Einsatzspektrum. Zu verdanken ist dies verschiedenen Entwicklungen von SKF, wodurch die Reglereinheiten verkleinert wurden, gleichzeitig aber die Leistung über das ursprünglich als möglich geltende Maß hinaus gesteigert wurde.

Das Magnetlagersystem selbst besteht aus drei Hauptelementen:

• dem Lagerstator und -rotor zur Erzeugung von Magnetkräften (Bild 2), um die Welle schweben zu lassen,
• den Positionssensoren zur Ermittlung der Wellenposition in fünf Achsen und
• dem Controller mit Steueralgorithmen zur Regelung des für den Magnetlagerstator erforderlichen Stroms, um die Welle in ihrer definierten Position zu halten.

Der Magnetlagerstator besteht aus einem Blechpaket, um das Kupferspulen gewickelt sind. Sie dienen dazu, eine Reihe von Nord- und Südpolen zu erzeugen. Wird an jeder Spule Strom angelegt, entstehen jeweils Anziehungskräfte, die die Welle innerhalb des Lagers schweben lassen.

Der Controller regelt den an die Spulen angelegten Strom so, dass die Welle genau mittig zentriert wird. Dazu wird das Signal der Positionssensoren überwacht. So ist sichergestellt, dass die Welle über den gesamten Betriebsbereich des Gerätes in der gewünschten Position gehalten wird.

Je nach Anwendung besteht üblicherweise zwischen Rotor und Stator ein Luftspalt von 0,2 bis 0,5 mm. In der Regel wird die Welle von einer anderen Quelle angetrieben, zum Beispiel von einer Turbine oder einem in die Wellenkonstruktion integrierten Motor.

Die heute zur Verfügung stehende Magnetlagertechnologie bietet ein breites Spektrum an Einsparungsmöglichkeiten für die Kompressorentechnik. SKF bietet dafür ein Gesamtlösungskonzept aus einer Hand.

Dipl.-Ing. Tilmann Haar ist Anwendungsingenieur bei der SKF GmbH in Schweinfurt.

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