antriebstechnik 11/2021

ELEKTROMOTOREN

ELEKTROMOTOREN ENERGIEEFFIZIENZ NEUE MÖGLICHKEITEN MIT PM-MOTOREN Neue Motoren bringen neue Möglichkeiten. Eine neue Motorreihe mit im Rotor integrieten Permanentmagnet soll Konstrukteure inspirieren. Das Unternehmen Merkes hat bereits in einigen Anwendungsbereichen gute Erfahrungen besonders hinsichtlich der Energieeffizienz der Motoren gemacht. Das Thema Energiesparen in der elektrischen Antriebstechnik begleitet Konstrukteure nun schon seit vielen Jahren. Zunächst in der Energieerzeugung mit effizienten Generatoren, dann in vielen Anwendungen nach der verpflichtenden Einführung von IE2 und IE3 Motoren. Demnächst durch die Einführung von IE4 Motoren und Systemwirkungsgraden für komplexe Systeme. Trotz all dieser Fortschritte ist das Einsparpotential immer noch enorm. Aber nicht nur das, durch die Einführung neuer Motorenkonzepte ergeben sich auch neue Möglichkeiten für den Konstrukteur. Hier sind unter Umständen Wettbewerbsvorteile zu entdecken. Nachfolgende Anwendungsbeispiele sollen Anregungen dazu liefern. Im Fokus ist dabei die Motorenreihe MPM der Merkes GmbH mit im Rotor integrierten Permanentmagneten (IPM). GROSSES DREHMOMENT, KLEINER BAURAUM Elektrische Verstellantriebe zur Formatverstellung an Fertigungsanlagen, Öffnen oder Verschließen von Klappen, Sperren oder auch viele Fahrantriebe werden dank IE4 Normung in der Bauform der Asynchronmaschine immer größer. Fällt die Wahl auf einen MPM Motor, dann sieht es anders aus. Der Motor ist deutlich kleiner. Ein Beispiel: Für die Verstellung wird ein Drehmoment von 30 Nm benötigt. Das schafft ein IE4 Asynchronmotor in Baugröße 112 ebenso wie der deutlich kleinere MPM Motor von Jörg Flesch, Technischer Leiter, Merkes GmbH, Solingen Merkes in Baugröße 80. Preislich liegt der deutlich kleinere Motor dann meist vorne, trotz der eingebauten Magnete. Ähnliches gilt für Antriebe, die aufgrund ihrer Applikation mit schnellen Drehzahlwechseln zu kämpfen haben und deshalb hohe Spitzendrehmomente bereitstellen müssen, auf der anderen Seite aber relativ geringes Nenndrehmoment benötigen. Das können Materialbearbeitungen sein wie Schleifen oder Drehen, Biegen oder Verformen. Hinzu kommt, dass IPM Motoren auch im unteren Drehzahlbereich nur geringfügig stärker erwärmen als im Nenndrehzahlbereich und es gibt keine Begrenzungen aufgrund des Kippmomentes. Eine andere Anwendung zeigt weitere Möglichkeiten der MPM-Motoren. Beim Einsatz der MPM-Motoren als Lüfterantrieb können beispielsweise in einer Baugröße Leistungen zwischen 1 und 15 kW abgedeckt werden. Die Maschinenlänge verändert sich dann mit zunehmender Leistung zwischen den Baugrößen 90S und 90LL. Ein flexibles modulares Konzept, das auf einer gleichbleibenden mechanischen Konstruktion aufsetzt, spart enorm an Teilen in der Fertigung. Dieses Konzept lässt sich natürlich auch in andere Applikationen übernehmen. KOMBINATION MIT FREQUENZUMRICHTER In Anwendungen, in denen mit Lastsprüngen zu rechnen ist oder die ein hohes Drehmoment im Anlauf benötigen, wie Zerkleinerer jeder Art und Pumpen für zähflüssige Medien, macht der Einsatz einer Merkes MPM Maschine nicht nur aufgrund der Baugröße Sinn. Der Einsatz in Kombination mit einem modernen Frequenzumrichter ermöglicht es, in kürzester Zeit auf Regelabwei- 24 antriebstechnik 2021/11 www.antriebstechnik.de

ELEKTROMOTOREN chungen zu reagieren. So können Prozesse beschleunigt oder gar neue Prozesse möglich werden. Dabei werden unter Umständen sogar die Leitungsquerschnitte kleiner, wenn ein direkter Netzanlauf entfällt. Gerade bei Maschinen mit hoher Einschaltdauer ist es sinnvoll, über den Einsatz von MPM Motoren nachzudenken. Leider ist ein 1:1 Austausch oft nicht sinnvoll. Die MPM Motoren sind in gleicher Baugröße wie Normmotoren deutlich leistungsfähiger. Diese Leistung will dann auch bezahlt werden. Mechanische Anpassungen müssen gemacht, die kleinere Maschine eingebaut und angeschlossen werden. Da ist die Welle kleiner und auch der Klemmenkasten. Im Retrofit ist das oft schwierig. Bei neuen Konstruktionen sieht das schon wieder anders aus. Angefangen mit den richtigen Versorgungsleitungen zur und von der Elektronik und der Wahl des optimalen Frequenzumrichters. Klassisch im Schaltschrank oder an die Wand oder auf den Motor geschraubt? Reicht eine Vectorregelung oder benötige ich mehr für meine Anwendung? Schon diese Entscheidungen können das Maschinendesign nachhaltig verändern. Und beim Motor geht es dann weiter: Bleibe ich bei der Motorenauswahl bei den klassischen Drehzahlen n = 750/1000/1500/3000 min -1 oder finde ich eine auf die Anwendung abgestimmte Drehzahl? Wie kann ich kompaktere Motoren in mein Maschinenkonzept integrieren und die haben dabei auch mehr Leistung. Kann das überhaupt funktionieren? Ein gutes modulares Konzept entwickeln und danach in Serie bauen, das ist eine Herausforderung, die es zu bewältigen gilt. Das geht natürlich nur mit dem entsprechenden Personal und der Unterstützung der Unternehmens- oder Entwicklungsleitung. ENERGIESPAREN AN MEHREREN PUNKTEN Bei dem nachfolgenden Beispiel eines existierenden Abluftventilators mit ehemals angebautem 15 kW Motor hat es sich die Planung gelohnt. Der Motor war in Baugröße 160 L vorhanden und lief mit n = 2 895 min -1 direkt am 400 V 3-Phasenetz. Der Wirkungsgradunterschied zum MPM 112M beträgt 6,5 % was eine Einsparung an elektrischer Leistung von über 7 000 kWh im Jahr beträgt, bei einer Laufzeit von 6 000 h im Jahr. Bei einer zu erwartenden Laufzeit von mindestens 10 Jahren macht das 70 000 kWh Einsparung. Hinzu kommt noch die Regelung der Drehzahl mit der nun angebauten Elektronik. Das ermöglicht sowohl eine höhere Drehzahl und damit verbunden mehr Volumenstrom, als auch eine Drehzahlabsenkung bei niedrigerem Bedarf. Im vorhandenen Fall wird die Drehzahl nun im Bereich zwischen 50 und 100 % temperaturabhängig geregelt. Der kleinere MPM Motor läuft dabei nach einer Anpassung der Riemenscheiben mit n = 3 500 min -1 und hat dabei noch 5 Nm Drehmomentreserve. Eine rundum gelungene Verbesserung und die zu erwartenden 100 000 kWh Einsparung an elektrischer Leistung (Wirkungsgradverbesserung + Einsparung durch die Drehzahlregelung) führen zu einer Amortisation der Investition schon nach ca. 2-3 Jahren! Fotos: Merkes GmbH www.merkes.de DIE IDEE MPM-Motoren sind bei gleicher Baugröße leistungsfähiger als Normmotoren „Die Synchron-Motortechnik im klassischen Norm-Motoren Gehäuse ist ideal für den drehzahlgeregelten Betrieb von Anwendungen mit hoher Einschaltdauer und/oder hohem Teillastanteil. Die Serie MPM reduziert die Typenanzahl, verringert das Gewicht und spart Energie. Das gibt Entwicklern neue Möglichkeiten an die Hand. Besonders in der Phase von Neukonstruktionen.“ Jörg Flesch, Technischer Leiter Merkes GmbH, Solingen We direct drive your motion technology Geringes C Geringes Cogging. Hochdynamisch. Verschleißfrei. Eisenbehaftete Motoren Torque Motoren Der Technologieführer im Bereich Linear- und Torquemotoren mit über 25 Jahren Erfahrung. Besuchen Sie uns auf der SPS in Nürnberg, 23.-25.11.2021, Halle 4, Stand 241 Eisenlose Motoren Eisenlose Vakuum Motoren Elsenheimerstraße 59 | 80687 München | Tel. 089 381537 400 | info@tecnotion.de | www.tecnotion.de www.antriebstechnik.de antriebstechnik 2021/11 25