Winkelgetriebe mit Kronenradtechnik ermöglichen bei Kleinantrieben hohe Energieeinsparungen
Ohne effiziente Kleinantriebe keine »Grüne Fabrik«
Bei den Bemühungen um energieeffiziente Antriebstechnik in der Industrie standen Kleinantriebe bis 250 W bisher nicht im Fokus. Entsprechende Kombinationen aus effizienten Motor-, Getriebe und Steuerungstechniken ermöglichen aber auch bei ihnen hohe Energieeinsparungen.
Betrachtet man den Stromverbrauch in Deutschland, so hat die Industrie mit 42,8 Prozent den größten Anteil aller Sektoren. Innerhalb der Industrie dominiert die Antriebstechnik mit einem Stromverbrauch von knapp 70 Prozent. »Industrieunternehmen haben in der Vergangenheit bei Neuinvestitionen und Ersatzteilbeschaffung wenig auf effiziente und intelligente Motoren- und Getriebekonzepte geachtet«, erläutert Thomas Horz, Geschäftsführer von Zeitlauf Antriebstechnik in Lauf an der Pegnitz. »Die Ausstattung von Industrieanlagen mit Energie sparenden, intelligenten Techniken kann jedoch einen großen Beitrag zur Reduzierung des Energieverbrauchs leisten.« Weil dann weniger fossile Brennstoffe zur Stromerzeugung verbraucht werden, bestehen bei den Investitions- und Betriebskosten große Einsparpotenziale. Umgerüstete Anlagen verursachen somit auch weniger Kohlendioxid-Emissionen und tragen zum Erreichen der festgelegten Klimaschutzziele bei. Eine große Rolle spielen hier effiziente Kleinantriebe von Herstellern wie Zeitlauf Antriebstechnik: »Das Unternehmen realisiert bereits seit Jahren Getriebemotoren, die in punkto Zukunftsorientierung und Effizienz eine Vorreiterrolle in der Antriebstechnik einnehmen«, betont Horz. »Das Unternehmensmotto ‚EQ3 Energy Intelligence’ verbindet innovative Antriebslösungen mit Intelligenz und bündelt drei entscheidende Leistungsmerkmale - Energieeffizienz, Laufruhe und Lebensdauer.«
Kleinantriebe im Fokus
Kleinantriebe wurden bisher im Hinblick auf mögliche Einsparpotenziale kaum beachtet - bedingt durch die niedrige Anschlussleistung und die überwiegend geringe Einschaltdauer. »Dennoch werden jährlich 9 bis 10 Millionen Kleinantriebe für den Non-Automotive- und Non-Consumer-Markt gefertigt - mit stark steigender Tendenz - und vorwiegend in der industriellen Produktion eingesetzt«, sagt Horz. Sowohl ihr Stromverbrauch im Betrieb als auch die gesamten installierten Anschlussleistungen spielen eine erhebliche Rolle bei den Anlageninvestitionen. »Vor allem im Hinblick auf das Ziel einer ‚Grünen Fabrik’ dürfen Kleinantriebe mit ihren vielfältigen Einsatzgebieten und ihrem wirtschaftlichen Effizienzpotenzial nicht außer Acht gelassen werden«, gibt Horz zu bedenken. »Weil die dezentrale Antriebstechnik eine immer größere Rolle spielt, gewinnen sie nämlich massiv an Bedeutung, zumal sie mehr Flexibilität im Maschinen- und Anlagenbau erlauben.« Horz zufolge gibt es vier Möglichkeiten, Kleinantriebe energieeffizient zu gestalten:
- Erstens: Der einfachste und schnellste Weg zu einem energieeffizienten Einsatz von Antrieben ist, sie an die Applikation angepasst auszulegen. Gemäß einer Studie des ZVEI lassen sich hier 60 Prozent des Einsparpotenzials ausschöpfen. »Konstrukteure, die nicht ständig Antriebssysteme auslegen, neigen aus einem Sicherheitsbedürfnis heraus dazu, diese überzudimensionieren«, verdeutlicht Horz. »Die Antriebe arbeiten dann im Teillastbereich und damit im Bereich äußerst schlechter Wirkungsgrade, was mit einem hohen, ineffizienten Energieeinsatz einhergeht.« Ein weiteres Problem bei der Auswahl von Motorenkonzepten liege in der Fokussierung auf einen niedrigen Anschaffungspreis: »Die Lebenszykluskosten als entscheidender Faktor für den Betreiber einer Anlage bleiben meist unberücksichtigt«, führt Horz aus. »Gerade heute sind sie aber ein wichtiger Aspekt moderner Antriebskonzepte.«
- Zweitens: Neben der richtigen Dimensionierung der Antriebe spielt der Wirkungsgrad der eingesetzten Getriebe mit 15 Prozent des möglichen Einsparpotenzials eine wichtige Rolle. »Schneckengetriebe dominieren derzeit noch das Segment der Kleinantriebe, weil sie vergleichsweise geringe Herstellkosten verursachen«, stellt Horz fest. »Sie haben jedoch durch ihre gleitende Reibung im Untersetzungsbereich (10:1 bis 60:1), in dem sie am häufigsten eingesetzt werden, sehr schlechte Wirkungsgrade von 35 bis 70 Prozent. Weil der antreibende Motor auch das Losbrechmoment des Schneckenradsatzes überwinden muss, erfordert dies zwangsläufig eine zusätzliche Überdimensionierung der Antriebsmaschine.« Mittlerweile gibt es aber gerade für Winkelgetriebe-Applikationen eine Alternative zum Schneckengetriebe: Winkelgetriebe mit Planrad- bzw. Kronenradtechnik. »Sie beruhen auf einer Verzahnungstechnik mit überwiegender Rollreibung, was Wirkungsgrade zwischen 85 und 97 Prozent zulässt«, erklärt Horz. »Ein symmetrischer Aufbau, eine deutlich längere Lebensdauer und die Einsparpotenziale bei den Investitions- und Betriebskosten sind somit entscheidende Vorzüge. Wo es der Bauraum erlaubt, lassen sich allerdings auch Planeten- und Stirnradgetriebe mit ähnlichen Wirkungsgraden und Leistungsmerkmalen einsetzen.«
- Drittens: Ein Einsparpotenzial von weiteren 15 Prozent eröffnet der Einsatz wirkungsgradoptimierter Motorenkonzepte. Elektronisch kommutierte Motoren erlauben trotz ihrer Elektronik und dem damit verbundenen Mehrbedarf an Energie erhebliche Kostenreduzierungen (so genannte PMSM-Motoren (permanent magnet synchronous motor, bei Zeitlauf auch als EC-Motoren bezeichnet) und BLDC-Motoren (Brushless DC)). »Dies gilt nicht nur für den Dauerbetrieb, sondern in erheblichem Maße auch fürs Anlaufverhalten, was zu niedrigeren Netzschwankungen und damit auch zu geringeren Anschlussleistungen führt«, konkretisiert Horz.
- Viertens: Die letzten 10 Prozent der möglichen Einsparungen liegen in den Steuerungskonzepten. Wenn BLDC-Antriebe zum Einsatz kommen, sind intelligente Steuerungskonzepte relativ leicht umzusetzen. »War bisher der bedarfsorientierte Start-Stopp-Betrieb mit Sanftanlaufgeräten zur Reduzierung der Anlaufströme üblich, erlauben es die BLDC-Antriebe, die Applikation energieoptimiert zu betreiben«, führt Horz aus. »Möglich ist dies durch einen Übergang von zeitoptimaler zu energieoptimaler Bewegungssteuerung.« Beim Transport von Behältern in der Intralogistik oder in Montageanlagen beispielsweise steuert der Verarbeitungsprozess die Transportgeschwindigkeit der Behälter bzw. Werkstückträger bedarfsgerecht und damit energieoptimiert. Die Behälter bzw. die Werkstückträger fahren nur so schnell, dass sie noch rechtzeitig am nächsten Verarbeitungsort ankommen. In Pausen greift außerdem der Stand-by-Modus - dies lässt sich als »Energy on demand« bezeichnen.
- Ohne effiziente Kleinantriebe keine »Grüne Fabrik«
- Winkelgetriebe versus Schneckengetriebe - ein Vergleich
Lesen Sie mehr zum Thema
Das könnte Sie auch interessieren
