Elektromechanische Applikationslösungen

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1 Elektromechanische Applikationslösungen Präsentation für Efficiency Arena April 2014 Markus Kutny

2 Bauer Gear Motor GmbH Facts & Figures Unternehmen: Bauer Gear Motor GmbH Gründung: 1927 Hauptsitz: Angestellte: ca. 520 Produktion: Umsatz: 75 Mio in 05/2011 Esslingen am Neckar Stk. pro Jahr BAUER wird zu 100% Tochterunternehmen der Altra Holdings Inc. Bauer Gear Motor GmbH is born Property of Bauer Gear Motor GmbH Monday, 05 May

3 Produkt Reihen Stirnrad Flach Kegelrad Getriebemotoren Getriebemotoren Getriebemotoren t Schneckenrad Getriebemotoren Integrierter Frequenzumrichter Aseptic Drives Elektro-Hängebahn Antriebe Property of Bauer Gear Motor GmbH Monday, 05 May

4 Bauer Gear Motor GmbH Produkt Platform Property of Bauer Gear Motor GmbH Monday, 05 May

5 Energiesparen Property of Bauer Gear Motor GmbH Monday, 05 May

6 Warum Energie sparen? stetig steigende Strompreise steigende Betriebskosten der Maschinen steigende Fertigungskosten Verteuerung der gesamten Produkte Schonung der Umwelt Property of Bauer Gear Motor GmbH Monday, 05 May

7 Wo kann Energie eingespart werden? Property of Bauer Gear Motor GmbH Monday, 05 May

8 Elektromotor Property of Bauer Gear Motor GmbH Monday, 05 May

9 Motoren Wirkungsgradübersicht über IE-Klassen ASM- Aluläufer ASM- Kupferläufer Property of Bauer Gear Motor GmbH Monday, 05 May

10 Motoren Wirkungsgradübersicht über IE-Klassen Permanent Magnet Synchron Motor (PMSM) Property of Bauer Gear Motor GmbH Monday, 05 May

11 Motortechnologien Gewichtsübersicht: ASM vs. PMSM Gleiche Leistung kleinere Größe 2,2kW 7,5kW Weight [kg] Weight [kg] DHE09XA4C DPE11MA4 S08SA4 0 DHE13LA4 DPE16LA4 S11LA6 Property of Bauer Gear Motor GmbH Monday, 05 May

12 Frequenzumrichter und Motor Property of Bauer Gear Motor GmbH Monday, 05 May

13 Wirkungsgrad abhängig von Last & Drehzahl Asynchronmaschine (ASM) Beispiel: 5,5kW ASM Effizienz: IE3 kleinere Drehzahl schlechterer Wirkungsgrad kleinere Auslastung schlechterer Wirkungsgrad schlechte Wirkungsgradausnutzung bei kleineren Drehzahlen Property of Bauer Gear Motor GmbH Monday, 05 May

14 Wirkungsgrad abhängig von Last & Drehzahl Asynchronmaschine (ASM) Property of Bauer Gear Motor GmbH Monday, 05 May

15 Wirkungsgrad abhängig von Last & Drehzahl Permanentmagnetsynchronmotor (PMSM) 100% Wirkungsgrad 90% 80% 70% 60% 50% 40% Beispiel: 5,5kW PMSM Effizienz: IE3 30% 20% 10% 6Hz 50Hz 25Hz 70Hz 0% 5% 15% 20% 30% 40% 60% 70% 85% 100% 115% 130% Belastung bei kleiner Drehzahl auch noch im Teillastbetrieb hoher Wirkungsgrad große Drehzahlausnutzung bei hohem Wirkungsgrad Property of Bauer Gear Motor GmbH Monday, 05 May

16 Richtige Auslegung des Getriebes Property of Bauer Gear Motor GmbH Monday, 05 May

17 Stirnrad-/ Flachgetriebe Stirnrad-/ Flachgetriebe ca. 96% Wirkungsgrad pro Stufe ca. 2% Verlust Property of Bauer Gear Motor GmbH Monday, 05 May

18 Kegelradgetriebe Kegelradgetriebe ca. 96% Wirkungsgrad Hypoidverzahnung Schrägverzahnung Schneckenradgetriebe ca % Wirkungsgrad Wirkungsgrad abhängig von der Untersetzung Selbsthemmung möglich Property of Bauer Gear Motor GmbH Monday, 05 May

19 Warum ist ein Getriebe sinnvoll? Beispiel Ottomotor - PKW Beispiel: PKW (Auto) Geschwindigkeit: Reifen: benötigte Leistung: 140km/h 18 Zoll ca. 50kW direkt Antrieb ca. 400Nm bei ca rpm mit Getriebe ca. 160Nm bei ca rpm 3.0 l Motoror 1.6 l Motor Property of Bauer Gear Motor GmbH Monday, 05 May

20 Übertragungselemente Property of Bauer Gear Motor GmbH Monday, 05 May

21 Kupplungen Kupplungen ohne Versatz haben einen Wirkungsgrad von ca. 100% Abhängig vom Versatz nimmt der Wirkungsgrad ab Property of Bauer Gear Motor GmbH Monday, 05 May

22 Riemen & Ketten Keilriemen Zahnriemen ca. 96% 98% Schlupf ca. 0% Flachriemen Kette ohne Schmierung Kette ca. 97% 948 Schlupf ca. 0% Kette muss geschmiert werden Property of Bauer Gear Motor GmbH Monday, 05 May

23 Beispiele aus der Praxis Property of Bauer Gear Motor GmbH Monday, 05 May

24 Transportband Förderband ~78% Antriebskette ~94% Schneckengetriebe ~70% altes Konzept Elektromotor ~76% Kegelradgetriebe ~92% Elektromotor ~90% neues Konzept Altes Konzept: Motor ASM: 3,0kW Getriebe: BS30 39% Energiekosten: 720 Euro Neues Konzept: Motor PMSM: 2,2kW Getriebe: BK30 65% Energiekosten: 528 Euro Energieverbrauch Energiekosten Anlagen Daten: benötigtes Drehmoment: benötigte Leistung (Band) Geschwindigkeit Band: Betrieb: 300Nm 1,5kW 30 m/min ca h/a kwh Altes Konzept; 4800 Neues Konzept; 3520 Euro Altes Konzept; 720 Neues Konzept; 528 Property of Bauer Gear Motor GmbH Monday, 05 May

25 Schlammpresse Energie [kwh] Einsparung Altes Konzept: Motor ASM: 2,2kW; IE2 Getriebe: BF90 bei 15Hz 68% Energiekosten: 683 Euro Neues Konzept: Motor PMSM 2,2kW; IE4 Getriebe: BF90 86% Energiekosten: 540 Euro Eta [%] Wirkungsgrad bei 15Hz und 10Nm Anlagen Daten: Jahre % benötigtes Drehmoment: Nm benötigte Leistung 1,5kW % Geschwindigkeit Band: Betrieb: 30 m/min ca h/a ASM 2,2kW PMSM 2,2kW Property of Bauer Gear Motor GmbH Monday, 05 May

26 Ventilator Altes Konzept: Motor ASM: 2,2kW; IE2 Pole: 2 bei 50Hz 83,2% Asynchronmotor Neues Konzept: Motor PMSM 2,2kW; IE4 Pole: 4 bei 50Hz 92% PMSM - Motor Daten: ASM 2-polig mit 3000rpm PMSM 4-polig bis 3000rpm Anlage läuft ca. 12h/day ca. 70% im Teillastbetrieb Property of Bauer Gear Motor GmbH Monday, 05 May

27 Ventilator Application curve 83% ASM Muschel- Diagramm Altes Konzept: Motor ASM: 2,2kW; IE2 Pole: 2 bei 50Hz 83,2% ASM Motor 90- Größe 70% Neues Konzept: % Motor PMSM 2,2kW; IE4 Pole: 4 bei 50Hz 92% PMSM Motor S08MA4 Application curve % % % Speed (rpm) 88% PMSM Muschel- Diagramm Torque (Nm) Property of Bauer Gear Motor GmbH Monday, 05 May

28 Ventilator TCO - Erstellung Purchasing costs and energy costs price ( ) Break even point ASM energy savings PMSM amortization time [years] 0,7 1, ,0% 60,0% Efficiency benefit of PMSM 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 years energy saving (%) 50,0% 40,0% 30,0% 20,0% 10,0% 0,0% speed (rpm) Property of Bauer Gear Motor GmbH Monday, 05 May

29 Scheibeneindicker Altes Konzept: Motor ASM: 0,37kW Pole: 4 bei 50Hz 63% ASM Motor D07- Größe Getriebe: 94% Neues Konzept: Anlage wurde zur Verfügung gestellt Motor PMSM: 0,55kW; IE4 Pole: 4 bei 50Hz 88% PMSM Motor SU8MA4 Getriebe: 94% Scheibeneindicker 7 Std. Dauerbetrieb pro Tag 7 Tage pro Woche konstantes Dreh- Moment! Property of Bauer Gear Motor GmbH Monday, 05 May

30 Scheibeneindicker kw 0,325 0,3 0,275 0,25 0,225 0,2 0,175 0,15 0,125 0,1 0,075 0,05 0,025 0 Vegleich Asynchron v.s Synchron Aufnahmeleistung Motor Asynchronmotor Synchronmotor Energiebedarf der Motoren ASM: PSM: 0,26 kwh 0,16 kwh -> ca. 40,0% Energieeinsparung Energieverbrauch ASM u. PSM ASM PSM kwh ,15 0,3 0,45 0,61 0,76 0,91 1,06 1,21 1,36 1,51 1,66 1,81 1,96 2,11 2,26 2,41 2,56 2,72 2,87 3,02 3,17 3,32 3,47 3,62 3,77 3,92 Jahre Property of Bauer Gear Motor GmbH Monday, 05 May

31 Wirkungsgradvergleich ASM 0,37kW vs. PMSM 0,55kW PMSM 0,55kW ASM 0,37kW Betriebspunkt 0,12 kw Property of Bauer Gear Motor GmbH Monday, 05 May

32 Food & Beverage Flaschenabfüllanlage Altes Konzept: Motor ASM: 4,0kW; IE2 Pole: 4 bei 50Hz 87% ASM Motor D11- Größe Getriebe: 94% Neues Konzept: Motor PMSM: 4,0kW; IE4 Pole: 4 bei 50Hz 90,8% PMSM Motor S09XA4 Getriebe: 94% Click Property of Bauer Gear Motor GmbH Monday, 05 May

33 Food & Beverage Flaschenabfüllanlage Leistung [kw] 1,80 1,60 1,40 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 Leistungsdarstellung Frequenz [Hz] Leistung ASM [kw] Leistung PMSM [kw] benötigte Antriebsleistung Altes Konzept: Motor ASM: 4,0kW; IE2 Pole: 4 bei 50Hz 87% ASM Motor D11- Größe Getriebe: 94% Neues Konzept: Motor PMSM: 4,0kW; IE4 Pole: 4 bei 50Hz 90,8% PMSM Motor S09XA4 Getriebe: 94% Anlage läuft mit dieser Motorauswahl im Teillastbetrieb ca. 10% 40% schlechter Wirkungsgrad bei ASM-Motor Property of Bauer Gear Motor GmbH Monday, 05 May

34 Food & Beverage Flaschenabfüllanlage Wirkungsgrad [%] 1,000 0,900 0,800 0,700 0,600 0,500 0,400 0,300 Wirkungsgradverlauf 48% 28% Frequenz [Hz] Altes Konzept: Motor ASM: 4,0kW; IE2 Pole: 4 bei 50Hz 87% ASM Motor D11- Größe Getriebe: 94% Neues Konzept: Motor PMSM: 4,0kW; IE4 Pole: 4 bei 50Hz 90,8% PMSM Motor S09XA4 Getriebe: 94% Wirkungsgrad ASM Wirkungsgrad PMSM hohe Einsparung dank PMSM-Technik obwohl Teillastbetrieb Property of Bauer Gear Motor GmbH Monday, 05 May

35 Food & Beverage Flaschenabfüllanlage Energieverbrauch & Einsparung Altes Konzept: Leistung [kwh] Jahre ASM PMSM Einsparung Kosten Einsparung [Euro] Motor ASM: 4,0kW; IE2 Pole: 4 bei 50Hz 87% ASM Motor D11- Größe Getriebe: 94% Neues Konzept: Motor PMSM: 4,0kW; IE4 Pole: 4 bei 50Hz 90,8% PMSM Motor S09XA4 Getriebe: 94% Aktueller Antrieb ist überdimensioniert hohe Anschaffungskosten schlechter Wirkungsgrad beim ASM neues Konzept ist günstiger als die ASM Lösung Ideales Konzept: Motor PMSM: 1,5kW; IE4 Pole: 4 bei 50Hz 90,1% PMSM Motor S08MA4 Getriebe: 94% Property of Bauer Gear Motor GmbH Monday, 05 May

36 Property of Bauer Gear Motor GmbH Monday, 05 May

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