Bauer sorgt für IE4-Einsparungen bei explosionsgefährlichem chemischem Prozess
Die Erhöhung der Wirkungsgrade von Elektromotoren ist ein weltweites Ziel, aber Ausnahmen von
den Vorschriften bedeuten, dass bei Anwendungen in potenziell explosionsgefährdeten Bereichen
die Installation der neuesten Technologie nicht verbindlich ist. Für ein in der oleochemischen
Verarbeitung tätiges Unternehmen ist die Energieeinsparung jedoch ein vorrangiges Ziel, und man
wandte sich deshalb an Bauer Gear Motor, als eine Reihe von ATEX-Motoren erneuert werden
musste.
Die Prozesse zur Herstellung von Oleochemikalien entsprechen denjenigen in der petrochemischen
Industrie und bedingen häufig explosionsgefährliche Atmosphären, in denen ein sicherer Betrieb nur mit
Spezialkomponenten möglich ist. Der Grad des erforderlichen Extraschutzes hängt von der Einstufung des
Bereichs ab, in dem die Anlage betrieben wird.
Bauer entwickelte einen Antriebsstrang mit einem explosionsgeschützten (ATEX)
Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) der Energieeffizienzklasse IE4
In diesem konkreten Fall ging es um eine Reihe von Mischbehältern in einem als Zone 1 eingestuften
Bereich, die von explosionsgeschützten Getriebemotoren angetrieben wurden. Diese Getriebemotoren
mussten durch neue Komponenten mit derselben technischen Spezifikation aber höherem Wirkungsgrad
und der Möglichkeit zur Umrichtersteuerung ersetzt werden.
Die Anwendungsingenieure von Bauer ermittelten die technischen Anforderungen und entwickelten einen
Antriebsstrang bestehend aus einem umrichtergeregelten, explosionsgeschützten (ATEX)
Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) der Energieeffizienzklasse IE4, verbunden mit einem BG70-
Getriebe und gesteuert über einen Umrichter vom Typ Danfoss FC-302. Diese Kombination bot die
notwendige Steuermöglichkeit und die entscheidende Energieeffizienz bei gleichzeitiger Einhaltung der
erhöhten Sicherheitsanforderungen.
Markus Kutny, Produktmanager, Energy Efficiency Solutions bei Bauer Gear Motor, erläutert das Konzept
hinter dieser Entwicklung:
„Wenn es um die Auswahl von Getriebemotorlösungen geht, gehört Energieeffizienz auf dem heutigen
Markt zu den Schlüsselfaktoren. 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 die neue Motorenserie im Vorgriff auf die neue IE4-Klassifikation
entwickelt und weil wir unseren Kunden das Nonplusultra in Sachen Energieeffizienz anbieten wollen.
Dass 65 % des industriellen Energieverbrauchs auf das Konto von Elektromotoren gehen, ist weithin
bekannt. Aber nur wenige wissen, dass die Lebensdauerkosten von Elektromotoren zu 96 %
Energiekosten sind. Hieran zeigt sich, wie wichtig es ist, im Rahmen der
Gesamtbetriebskostenbetrachtung oder Total Cost of Ownership (TCO), die Anschaffungskosten ins
Verhältnis zur Gesamteffizienz zu setzen.
Die Konstruktion moderner Antriebsstränge verlangt Erfahrung und Expertenwissen. Nur so kann ein
Produkt entwickelt werden, das sich durch einen hohen Wirkungsgrad, Laufruhe, Geräuscharmut und
höchste Zuverlässigkeit auszeichnet. Die meisten Vorteile erwirtschaftet ein solches Produkt, wenn man
jetzt noch für optimale Integration des Antriebsstrangs in die Anwendung sorgt."
Die ursprünglich für den oleochemischen Prozess eingesetzten Asynchronmotoren (ASM) waren mit
Zündschutzart Ex d (explosionsgeschützt) für den Betrieb in Zone 1 zugelassen. Eine gründliche
Untersuchung durch die Bauer-Ingenieure ergab, dass die neuen Komponenten mit Ex e (erhöhte
Sicherheit) ebenfalls die Anforderungen für den Betrieb in Zone 1 erfüllten.
Das Angebot, das dem Chemieunternehmen schließlich unterbreitet wurde, wies nicht nur deutliche
Einsparungen beim Anschaffungspreis der Getriebemotoren aus, sondern auch erheblich reduzierte
Betriebskosten. In Kombination mit der Erfahrung der Bauer-Ingenieure im Bau und in der Installation der
neuen Komponenten war das Angebot mehr als überzeugend.
Auf den Punkt gebracht bietet Bauer Gear Motor hochwertige, technisch solide und vor allem zuverlässige
und effiziente Lösungen mit reaktionsschnellen Entwicklungs- und Prototypingkapazitäten und kurzen
Lieferzeiten sowie ein großflächiges, weltweites Vertriebs- und Partnernetzwerk mit Ansprechpartnern und
Vor-Ort-Support an allen Endanwendungsstandorten.
Explosionsgeschützte Motoren fallen bei der Konstruktion und Fertigung häufig größer und schwerer aus,
als die normale Ausführung. Durch Bauers konstruktives und herstellungstechnisches Know-how konnte
neben Einbringungen der energiesparenden Technologie und des zusätzlich notwendigen Schutzes sogar
noch die Baugröße des Motors reduziert werden.
Vergleicht man die Baugrößen von IE3-ASM mit vergleichbaren Leistungsdaten der Bauer-PMSM bis
hinauf zum 11-kW-Modell, so fallen die Bauer-Modelle entweder gleich oder eine Baugröße kleiner aus als
der entsprechende ASM. Hierdurch kann mit dieser Motorserie ein höherer Integrationsgrad erreicht
werden bzw. höhere Leistung und ein höheres Drehmoment im Vergleich zu einem anderen Motor
gleicher Baugröße.
Die angebotene Lösung basierte auf der PMSM-Serie, einer 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.
Die Bauweise des PMSM bietet einige entscheidende Vorteile. Sie reduziert die Wärmeverluste am Läufer
um 100 %, die Gesamtverluste um rund 25 % und steigert gegenüber den effizientesten Motoren
konventioneller Bauart 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.
Die Motoren wurden an Stirnradgetriebemotoren der Reihe BG angebaut, weil sie bei hohen Drehzahlen
Drehmomente bis zu 18.500 Nm erreichen. In die Motoren lässt sich problemlos ein Umrichter wie der
Danfoss FC-302 integrieren, der dafür sorgt, dass in jeder Phase des Mischvorgangs die erforderlichen
Drehzahlen aufrecht erhalten werden.
Die Ausführung der Getriebe erreicht die Schutzart IP66, und ein Schmierstoffwechsel ist erst nach 15.000
Betriebsstunden fällig, ideal also für Anwendungen, die höchste Zuverlässigkeit verlangen. Zudem tragen
diese Eigenschaften zur Reduzierung der Wartungskosten für die Gesamtanwendung bei.
Vielfach geben die Hersteller von Spezialmotoren wie diesen einen bestimmten Umrichter vor, der für die
Anwendung mitinstalliert werden muss. Bauer unterwirft die Kundenanwendung keiner derartigen
Einschränkung und lässt den Kunden denjenigen Umrichter verwenden, der sich für die jeweiligen
Gegebenheiten am besten eignet. Hierdurch können Instandhaltungsleiter ihren Ersatzteilvorrat optimieren
und zusätzlichen Aufwand an technischer Schulung für einen neuen Umrichter vermeiden.
Motoren für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen sind derzeit von den Vorschriften der EU
zum Mindestwirkungsgrad ausgenommen, denn der Explosionsschutz hat selbstverständlich Vorrang vor
möglichen Energieeinsparungen. Hierdurch haben Industriesektoren wie Petrochemie, Öl, Gas und
Bergbau weniger Optionen bei ihren Bemühungen um eine Steigerung der Gesamteffizienz ihrer Anlagen.
Hierfür hat Bauer den weltweit ersten ex-zugelassenen PMSM-Getriebemotor der Effizienzklasse IE4
entwickelt. Dieser erreicht dieselben hohen Wirkungsgrade wie die übrigen Modelle der Produktserie und
hat die ATEX-Zulassung für explosionsgefährdete Bereiche der Zone 1 und 21.
Bauer bietet Qualität und Zuverlässigkeit ‚Made in Germany' für ein breitgefächertes Angebot an
Getriebemotoren: Stirnrad-, Kegelrad-, Flach-, Schnecken- und Hängebahngetriebemotoren sowie
Modelle mit integriertem Umrichterantrieb (einschließlich IE4-Optionen) für allgemeine Einsatzbereiche,
plus ATEX-zugelassene Modelle für explosionsgefährdete Bereiche.
So müssen Unternehmen in der chemischen Prozessindustrie, trotz eventueller ATEX-Vorschriften, nicht
mehr auf mögliche Energieeinsparungen verzichten. Mit seiner Erfahrung und seinem Wissen kann Bauer
außerdem zu einer erheblichen Reduzierung der hohen Anschaffungs- und Betriebskosten beitragen, die
normalerweise mit Motoren für explosionsgefährdete Bereiche einhergehen.