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Bauer sorgt für IE4-Einsparungen bei explosionsgefährlichem chemischem Prozess

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.

ATEX rated PMSM Motor Application

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.