In Zeiten der Energiewende ist jeder gefragt, sich mit Energieeffizienz auseinanderzusetzen. Motorenhersteller mussten sich insbesondere mit der Verabschiedung der EU-Verordnung 640/2009 dem Thema stellen. Seit der Einführung der Effizienzniveaus IE2 und IE3 wurden viele neue sparsame Motoren entwickelt sowie eine rege Diskussion losgetreten. Im Rahmen dieser Entwicklungen sind auch Endanwender sowie die Maschinen- und Anlagenbauer gefordert umzudenken. Für die Kaufentscheidung bzw. Verkaufsstrategie sollte verstärkt nicht nur der Anschaffungspreis einer Anlage, sondern auch Energieeffizienz und Betriebskosten eine Rolle spielen. Hier bietet sich für OEMs die Chance, ihre Rolle als Marktführer zu untermauern, der energieeffiziente Lösungen konzipieren kann und auf die besten heute am Markt verfügbaren Technologien setzt. Geschäftsführer, Finanzabteilungen und Führungskräfte, die beim Endanwender für Umweltverträglichkeit und Nachhaltigkeit verantwortlich sind, werden immer stärker die Vorteile sehen, die energieeffiziente Technologien dem Unternehmen bringen. Deshalb werden sie sich auch stärker in Einkaufsstrategien und -entscheidungen einbinden lassen. Für den Bereich der Antriebstechnik bedeutet dies, dass es nicht nur um die Wahl des richtigen Elektromotors mit den niedrigsten Verlusten geht, sondern um die optimale Auslegung des gesamten Antriebsstrangs für die jeweilige Anwendung. Ein ineffizientes Getriebe im Zusammenspiel mit einem hocheffizienten Motor kann die erhofften Einsparungen schnell zunichtemachen. Der intelligente Einsatz von effizienten Getrieben, Motoren, Frequenzumrichtern und Antriebssteuerungen ermöglicht es hingegen, viel Energie einzusparen und damit die Betriebskosten von Maschinen und Anlagen zu senken.
Vorsicht vor Überdimensionierung
In der Regel hat der Anlagenkonstrukteur die Verantwortung, den Motor und das Getriebe auszulegen. Er errechnet zunächst die erforderliche Antriebsleistung für seine Anwendung. Im Falle eines Förderbandes kann z.B. das maximale Fördergut, das zu transportieren ist, für diese Größe ausschlaggebend sein. Basierend auf der Antriebsleistung wird die Motorenbaugröße festgelegt, und der geforderte Betriebsfaktor bestimmt die Getriebegröße. Dabei hängt der Betriebsfaktor von der jeweiligen Anwendung ab und steigt mit den mechanischen Anforderungen an das Getriebe. Wenn der Konstrukteur in diesem Prozess zur Sicherheit die Motorleistung zu großzügig auslegt, dann beeinflusst dies auch die Auslegung aller weiteren Komponenten. So geben Hersteller von Getrieben die Betriebsfaktoren stets bezogen auf die installierte Motorleistung an. Eine großzügige Bemessung kann hier unter Umständen schnell zu deutlich überdimensionierten Antriebssystemen führen. Das geschieht in der Praxis oft, um eine längere Lebensdauer und erhöhte Sicherheit zu gewährleisten. Es ist jedoch ratsam, Betriebsarten, Betriebsfaktoren und Belastungskurven bei der Auslegung aus energetischer Sicht zu betrachten. Um den Gesamtenergieverbrauch effizient gestalten zu können, muss die Summe dieser Faktoren berücksichtigt und aufeinander abgestimmt werden. Ein grundlegender Schritt bei der Auslegung eines energieeffizienten Antriebsstranges besteht darin, nicht nur überschlägig die Leistungsdaten der Antriebsgrößen festzulegen, sondern die jeweilige Anwendung und Prozessdaten wie maximale Fördermengen genau unter die Lupe zu nehmen. Und so können die tatsächlich benötigten Daten möglichst exakt bestimmt werden. Nur so gelingt es, sowohl die Anschaffungskosten zu optimieren als auch die laufenden Betriebskosten für den Anlagenbetreiber zu reduzieren.
Vorteile von Kegelradgetrieben
Ein weiterer Faktor betrifft die Wahl des Getriebes. Die Verluste der Getriebe hängen überwiegend von der Getriebebauform, Untersetzungsverhältnissen und der Wahl des Schmierstoffes ab. Sie können geltend für alle Getriebetypen in lastabhängige und lastunabhängige Verlustarten unterteilt werden. Zu den lastabhängigen Verlusten zählen in erster Linie die Zahn- und Lagerreibungsverluste, wobei Planschverluste und Dichtringverluste vor allem den lastunabhängigen Teil bestimmen. In Bezug auf den Wirkungsgrad ist beim Einsatz von Winkelgetrieben das Kegelradgetriebe gegenüber dem Schneckengetriebe zu bevorzugen. In Abhängigkeit von der Anzahl der Untersetzungsstufen weisen Kegelradgetriebe Wirkungsgrade zwischen 90 und 96% auf. Bei Schneckengetrieben liegen diese hingegen zwischen 50 und 90%. Dabei zahlen sich insbesondere bei großen Untersetzungen die Vorzüge des Kegelradgetriebes aus. Der Getriebemotor als konstruktive Einheit aus Elektromotor und Getriebe bietet den Vorteil, dass die Wellendichtung im Motor selbst sitzt und kein zusätzlicher Adapter für das Getriebe erforderlich ist. Diese Konstellation bietet neben einem Kostenvorteil auch reduzierte Reibungsverluste.
Baukastensystem ausgebaut
Für die Realisierung eines energieeffizienten Antriebs sind Unternehmen geeignet, die von der Entwicklung bis zur Fertigung den kompletten Antriebsstrang abdecken können. WEG hat mit der Übernahme von Watt Drive Ende 2011 sein Angebot für den elektrischen Antriebsstrang in den Bereich der Mechanik ausgebaut. Das modulare Watt-Drive-Getriebemotorenprogramm bietet für viele Anwendungen eine Lösung. Das Baukastensystem mit verschiedenen Wellenarten, unterschiedlichen Montage- und Befestigungsmöglichkeiten, Getriebearten wie Stirnrad-, Kegelrad-, Flach- oder Stirnradschneckengetriebe und einem Motorbaukasten deckt Drehmomentanforderungen von bis zu 20.000Nm ab.
