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Energieeffiziente Antriebstechnik: Welche Wege führen zum Ziel?

18. September 2009, 9:00 Uhr | Andreas Knoll, Markt&Technik

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Energieeffiziente Antriebstechnik: Welche Wege führen zum Ziel?

Energieeffiziente Komponenten wie etwa permanenterregte Synchronmotoren bieten bereits einen Wirkungsgrad von mehr als 97 Prozent. Axialkolbenpumpen der neuesten Generation erreichen ebenfalls Wirkungsgrade von mehr als 93 Prozent.

Die Bedarfsregelung von Antrieben ermöglicht besonders hohe Einsparungen. Von Rexroth entwickelte drehzahlvariable Pumpenantriebe steuern über einen intelligenten elektronischen Regler den Volumenstrom gezielt und ersetzen damit die Drosselung über Ventile. Je nach Zyklusprofil arbeitet diese Lösung zwischen 40 und 70 Prozent effizienter als nicht-geregelte Aggregate.

Die Erfahrungen, die Rexroth bisher bei der Umsetzung der vier genannten Energieeffizienz-Maßnahmen in Zusammenarbeit mit Maschinenherstellern und Anwendern gesammelt hat, zeigen, dass je nach Maschinentyp und Ausgangsdesign deutliche Effizienzsteigerungen möglich sind. Bei der Neuauslegung einer Kunststoffpresse, die zuvor jährlich 112.000 kWh verbraucht hatte, hat der Hersteller die konventionelle Hydraulik durch einen drehzahlvariablen Pumpenantrieb ersetzt und nutzt zusätzlich die Energierückgewinnung sowie hocheffiziente Servomotoren. Das Zusammenspiel aller Maßnahmen senkt den Stromverbrauch jedes Jahr um 87.000 kWh, was einer Verbesserung von 78 Prozent entspricht.

Bei einer Paketsortieranlage verringerte Rexroth durch den Einsatz dezentraler Antriebstechnik mit motorintegrierten Umrichtern, Netzrückspeisung und Energieaustausch über einen Zwischenkreis den Stromverbrauch um 42.000 kWh pro Jahr. Sonst erforderliche Schaltschränke mit Kühlung entfielen ebenso wie ein Großteil der Verkabelung. Dies neutralisierte die Mehrkosten für die Investition bei nachhaltig gesenkten Betriebskosten über den gesamten Lebenszyklus der Anlage.«

Frank Wiedemann, Geschäftsführer von Nord Electronic Drivesystems:

Drehzahlregelung als effektivste Maßnahme

»Der effektivste Schritt, den Verbrauch elektrischer Antriebe zu mindern, ist meist der Einsatz von Frequenzumrichtern zur Drehzahlregelung, was gegenüber ungeregelten Systemen häufig allein zwischen 20 und 70 Prozent Energie einspart. Auch kleinere Effizienzvorteile aber summieren sich zu einer zusätzlichen Ersparnis, etwa bei der bedarfsgerechten Dimensionierung von Antriebssystemen. Konstruktive Anpassungen wie etwa die Anzahl der Getriebestufen tragen ebenfalls zur Energieeinsparung bei: Rund 3 Prozent günstiger im Verbrauch fällt typischerweise ein Getriebe aus, das zwei- statt dreistufig ausgelegt ist. Laut der Energie-Intelligenzinitiative En-Q des ZVEI kann der Minderverbrauch durch optimal gewählte Antriebskonstruktion und maßgeschneiderte Dimensionierung insgesamt bis zu 10 Prozent betragen.

Wenn Bewegungen von Maschinen immer wieder oder regelmäßig abgebremst werden müssen, kann es sich zudem lohnen, diese Energie zu nutzen. Bei konventionellen Frequenzumrichtern wird freigesetzte Bremsenergie über Widerstände in Form von Wärme an die Umgebung abgegeben. Eine effektivere und ökologischere Lösung sind Antriebe, die überschüssige Energie durch die Kopplung von Zwischenkreisen oder durch Netzrückführung weiter nutzen. So lässt sich der Wirkungsgrad eines Systems erhöhen, wenn zunächst alle Antriebe über einen DC-Verbund gekoppelt werden – die überschüssige Energie wird direkt an andere Antriebseinheiten abgegeben, und die nicht im Verbund abgenommene Energie wird über eine Rückspeiseeinheit ins Netz gespeist.

Eine weitere Möglichkeit, Energie zu sparen, bietet die automatische Magnetisierungsanpassung. Üblicherweise halten Frequenzumrichter beim Betrieb von Asynchronmotoren über den Drehzahlbereich die zur Abgabe des vollen Drehmoments erforderliche Magnetisierung im Motor aufrecht, was bei Teillasten unnötige Verluste erzeugt. Die Frequenzumrichter der Baureihen SK 200E, SK 500E und SK 700E von Nord Electronic Drivesystems können diese Magnetisierung ressourcenschonend automatisch reduzieren, sobald der Motor nur mit Teillast betrieben wird. Besonders bei kleinen Teillasten mit 10 bis 15 Prozent der Maximalleistung lassen sich mit dieser Funktion bis zu 30 Prozent Energie sparen.