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Unabhängige Praxiserprobung für Permanentmagnet-Synchronmotoren von Bauer ergibt Energieeinsparungen in Höhe von 40%

Der führende Getriebemotorspezialist Bauer Gear Motor kann sich über das Ergebnis eines direkten Produktvergleichs freuen, in dem ermittelt wurde, wie der neueste PermanentmagnetSynchronmotor der Super-Premium-Efficiency-Klasse IE4 im Vergleich zu einem herkömmlichen Asynchronmotor abschneidet. Der Versuch wurde an einem Scheibeneindicker der Firma Huber in einer Abwasseraufbereitungsanlage in Deutschland in Zusammenarbeit mit dem Umrichterantriebsspezialisten Danfoss durchgeführt. Nachdem der Motor von Bauer installiert war, wurde ein Wirkungsgrad von 87,7 % ermittelt und eine Energieeinsparung von knapp 40 %.

Bauer Gear Motor GmbH, ein Unternehmen der internationalen Altra Industrial Motion Group, ist einer der weltweit führenden Hersteller von Getriebemotorlösungen. Bauer ist ein Pionier aus Tradition und entwickelt innovative Technologien mit dem Ziel einer höheren Energieeffizienz und Kosteneinsparungen für seine Kunden. Das Streben nach mehr Effizienz hat zur Markteinführung einer neuen Produktserie von Permanentmagnet-Synchronmotoren (PMSM) geführt, die die Anforderungen der Energieeffizienzklasse IE4 (Super Premium Efficiency) erfüllen.

Hierzu Jens Gabel, Vice President Global Sales and R&D bei Bauer Gear Motor: „Wenn es um die Auswahl von Getriebemotorlösungen geht, gehört Energieeffizienz auf dem heutigen Markt zu den Schlüsselfaktoren bei der Projektierung. Die Energiekosten kennen nur noch eine Richtung, deshalb muss man die Betriebskosten des Antriebs über die gesamte Nutzungsdauer im Auge haben und nicht nur die Anschaffungskosten. Wir haben den neuen Motor im Vorgriff auf die neue IE4-KLassifikation entwickelt und weil wir unseren Kunden das Nonplusultra in Sachen Energieeffizienz anbieten wollen."

Die PMSM-Serie von Bauer umfasst eine Reihe umweltfreundlicher Motoren, die anstelle des in den meisten Niederspannungs-Induktionsmotoren verbauten Käfigläufers eine hocheffiziente Läuferbauart mit integrierten Permanentmagneten aus den Metallen der Seltenen Erden aufweist. Diese Bauweise hat einige entscheidende Vorteile. Sie reduziert die Wärmeverluste am Läufer um 100 %, die Gesamtverluste um rund 25 % und steigert den Gesamtwirkungsgrad um 10 % oder mehr.

Für den PMSM-Anwender bedeutet diese Leistungssteigerung geringere Gesamtbetriebskosten, eine Reduzierung des CO2-Ausstoßes und kontinuierliche Einsparungen, die zukünftige Steigerungen der Energiepreise abdämpfen.

Bei der Produktentwicklung war klar, dass der neue PMSM den Verbrauchern ganz erhebliche Energieeinsparungen gegenüber herkömmlichen Asynchronmotoren (ASM) mit Umrichterantrieb bieten würde. In jüngster Zeit wurde in der Fachpresse viel über PM-Motoren geschrieben, aber das Kaufverhalten des Marktes ist noch zögerlich, weil die Anschaffungskosten höher sind als bei Standardmotoren. Bei Anwendungen, in denen der Motor nur selten läuft, ist die es nach wie vor wirtschaftlich sinnvoller, einen Standardmotor zu spezifizieren. Je höher jedoch der Auslastungsgrad, desto früher amortisiert sich ein PM-Motor und fährt von diesem Zeitpunkt an noch lange Einsparungen ein.

Weil man das Einsparpotenzial des PSMS auch in der Praxis nachweisen wollte, war man bei Bauer nur zu gern bereit, an einem direkten Produktvergleich teilzunehmen, der in einer Abwasseraufbereitungsanlage in Landsberg am Lech in Südwestdeutschland bei vollen Produktionsbetrieb durchgeführt wurde. Der Scheibeneindicker arbeitet sieben Tage in der Woche sieben Stunden am Tag im Dauerbetrieb und bot damit ideale Prüfbedingungen.

Vor der Erprobung wurde der vorhandene AS-Motor mit einem Standardumrichter betrieben. Umrichterantriebe regeln den Stromverbrauch last- und frequenzabhängig, je nach Anforderung der Anwendung. Allein hierdurch erhöht sich der Wirkungsgrad des Motors. Deshalb wurde vor der Installation des PMSM das Originalsystem mit einem Umrichterantrieb von Danfoss nachgerüstet. Nur so konnte ein fairer Vergleich stattfinden.

Der Frequenzumrichter wurde für die Lastüberwachung der einzelnen Motoren programmiert, um zu gewährleisten, dass beide mit optimalem Wirkungsgrad arbeiteten. Um sicherzustellen, dass eventuelle Effizienzunterschiede allein den Motoren zuzuschreiben sein würden, wurden beide Motoren mit demselben Getriebe von Bauer betrieben, das ein Übersetzungsverhältnis von 381:5 bei einem Wirkungsgrad von 94 % aufwies.

Es wurde ermittelt, dass der ASM mit dem Frequenzumrichter ein Drehmoment von 2,62 Nm bei 1350 min-1 erzeugte. Dabei arbeitete er bei einer Leistungsaufnahme von 0,26 kW/Std. mit einem Wirkungsgrad von 61,5 %.

Nach Abschluss der Messungen am ASM wurde der PMSM installiert. Das neue Produkt von Bauer erzeugte 3,5 Nm bei 1500 min-1 und arbeitete mit einem Wirkungsgrad von 87,7 % bei einer Leistungsaufnahme von nur 0,16 kW/Std. Die Energieeinsparungen durch den Einbau des PMSM betrugen 40 % gegenüber dem ASM bei Verwendung desselben Umrichterantriebs.

Es wurde ermittelt, dass bei Verwendung eines Umrichters in beiden Fällen ein ASM über einen Vierjahreszeitraum 2657 kW aufnehmen würde, der PMSM von Bauer hingegen nur 1635 kW, eine Gesamteinsparung von 1022 kW.

Herr Gabel weiter: „Wir haben eine Menge Arbeit in die Entwicklung unserer jüngsten Motorserie gesteckt, weil wir die Hoffnung hatten, unseren Kunden damit ein wirklich handfestes Einsparpotenzial bei den Energiekosten bieten zu können. Wir sind sehr glücklich über das Ergebnis der Erprobung, denn hier konnte nachgewiesen werden, dass Super-Premium-Efficiency-Motoren unter Praxisbedingungen deutlich messbare Vorteile bieten. Das heißt, dass sie sowohl für Entwurfs- und Konstruktionsingenieure als auch für Wartungsingenieure durchaus eine Überlegung wert sind, wenn es um Einsatzbereiche mit hohem Auslastungsgrad geht."