Rund 100Mrd.kWh Strom, elf Millionen Tonnen Kohlendioxyd, sieben 400MW-Kraftwerksblöcke, 3,1Mrd.€: Das sind Zahlen, die der ZVEI nennt, wenn der Verband über das Sparen spricht. \“Wir sehen in der Steigerung der Energieeffizienz einen Eckpfeiler für ein nachhaltiges Energiesystem der Zukunft. Oder anders gesagt: Im Energiesparen steckt unsere größte Energieressource\“, betonte ZVEI-Präsident Friedhelm Loh anlässlich des ZVEI-Jahreskongresses in Berlin. Daran anknüpfend, gilt es aus dem Blickwinkel der Antriebs- und Automatisierungstechnik heraus, in Zukunft noch mehr Gesamtzusammenhänge zu optimieren. Grundlegend für den intelligenten und sparsamen Einsatz von Energie ist das Wissen über den konstanten oder wechselnden Bedarf der jeweiligen Prozesse. Für Antriebskomponenten gilt: Sie arbeiten im Teillastbereich mit vergleichsweise schlechtem Wirkungsgrad und erzeugen folglich im Verhältnis zum mechanischen Prozess hohe Verluste. Je genauer die Maschinenanforderungen und der lastabhängige Leistungsbedarf bekannt sind, desto besser sind die Antriebskomponenten auswählbar. Leistungsstarke Engineering- und Konfigurationswerkzeuge helfen dabei, bereits beim Beginn von Konstruktion und Entwicklung die Weichen richtig zu stellen.
Prozessgrößen exakt bestimmen
Der Drive Solution Designer (DSD) von Lenze ermöglicht die exakte Bestimmung der Prozessgrößen und die Prüfung der Komponenten sowie deren optimale Abstimmung untereinander. Zudem liefert das Software-Tool Daten, wo und wann mit welcher Maßnahme effizient gespart werden kann. Verdeutlicht wird das vom \’Energiepass-Antriebslösung\‘. Er stellt den durch differenzierte Verlustmodelle berechneten Energieverbrauch der Hauptkomponenten des Antriebsstrangs für jeden verständlich dar. Mit diesen Werten sind dann die Energiekosten sowie die CO2-Emissionen ermittelbar. Durch den Vergleich unterschiedlicher Lösungen kann der Anwender die optimale Kombination der Komponenten und den besten Bewegungsablauf für die Antriebsaufgabe finden. Schließlich sind es optimierte Bewegungsprofile, intelligente Komponentenwahl und ausgeklügelte Energieverteilungskonzepte, die den Energiebedarf senken können – um gleichzeitig die Betriebskosten zu reduzieren.
Mit höherer Frequenz mehr leisten
Generell gilt, dass es mit Umrichtern möglich ist, die abgegebene Leistung exakt an den tatsächlichen Bedarf einer Applikation anzupassen. Um die Vorteile dieses Frequenzumrichterbetriebs voll auszuschöpfen, hat Lenze die L-force Drehstrommotoren der MF-Reihe auf 120Hz ausgelegt. Der Effekt: Höhere Frequenz bedeutet mehr Drehzahl und mehr Leistung. Nicht zuletzt weil auch der Wirkungsgrad eines klassischen vierpoligen Drehstrommotors bei etwa 120Hz am höchsten ist, hat Lenze den Nennpunkt der umrichteroptimierten Variante genau hier gelegt. Je höher die Frequenz ist, desto größer auch der Drehzahlstellbereich. Und die höhere Drehzahl steigert die Leistungsausbeute weiter. Dass diese Steigerung mechanisch gut zu beherrschen ist, lässt sich daraus ableiten, dass ein zweipoliger Motor an einem 60Hz-Netz in etwa die gleiche Drehzahl liefert wie ein vierpoliger Motor bei 120Hz. Gegenüber herkömmlichen Drehstrommotoren ergibt sich bei Lenzes MF-Motoren ein deutlicher Performancezuwachs, u.a. durch hohe Energieeffizienz sowie eine servo-ähnliche Kompaktheit und Dynamik. Die umrichteroptimierten Motoren der Lenze-Reihe MF im Leistungsbereich von 0,55 bis 22kW können aufgrund der gestiegenen Drehzahl um bis zu zwei Baugrößen kleiner ausfallen als ein herkömmlicher Drehstrommotor gleicher Leistung. So weisen sie beispielsweise in der Baugröße 71 eine Nennleistung von 1,5kW auf. Zum Vergleich: Ein herkömmlicher Drehstrommotor muss für dieselbe Leistung in der Baugröße 90 gewählt werden. Die mehr als doppelt so hohe Nenndrehzahl macht entsprechend höhere Getriebeübersetzungen erforderlich, um eine Applikation mit der gleichen Drehzahl wie bislang betreiben zu können. Die L-force Getriebe bieten den Vorteil, dass diese Kompensation oftmals ohne zusätzliche Getriebestufe realisierbar ist. Das Übersetzungsverhältnis von bis zu 1:60 in einer zweistufigen Ausführung ist nur möglich, weil das Getriebeeingangsritzel per Kegelpressverband kraftschlüssig in die Motorausgangswelle gepresst ist und insofern deutlich kleiner ausfallen kann als ein auf der Welle platziertes Zahnrad. Das hier skizzierte Zusammenspiel von Frequenzumrichter, Motor und Getriebe zeigt exemplarisch, wie wichtig ein in sich vollständiges und abgestuftes Portfolio von miteinander kombinierbaren Einzelprodukten ist. Einerseits lässt sich aus einem schlüssigen System heraus die Ressourceneffizienz umfassend verbessern, andererseits stärken Lieferanten von Antriebs- und Automatisierungstechnik ihre Rolle als Lösungs- und Entwicklungspartner gegenüber dem Maschinenbau.
Leistungsbedarf senken
Optimierungen dieser Art bergen unter Effizienzgesichtspunkten in der Tat große Einsparpotenziale. Unter der Überschrift \’Energie intelligent einsetzen\‘ ist dies deshalb die erste und wichtigste der drei Säulen der Lenze BlueGreen Solutions. Optimierte Mechaniken sowie reduzierte Trägheiten und Reibungen senken von Grund auf den von der Antriebstechnik aufzubringenden Leistungsbedarf. Der daraus folgende Nutzen erschließt sich schnell: Weniger Leistung führt zu kleineren und kostengünstigeren Komponenten sowie reduziertem Energieverbrauch.
