Effizienzsteigerung durch zukunftsorientierte Antriebslösungen
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- Jobst Kohl
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1 Effizienzsteigerung durch zukunftsorientierte Antriebslösungen Presentation for Efficiency Arena Hannover 2013 April 2013
2 Bauer Gear Motor GmbH Kennzahlen Stand 2012 Unternehmen Gegründet 1927 Firmensitz Mitarbeiter 565 Bauer Gear Motor GmbH Esslingen am Neckar Produktion Stück p. a. Umsatz 86 Mio ab 05/2011 BAUER wird ein 100%iges Tochterunternehmen von Altra Holdings Inc. Die Bauer Gear Motor GmbH ist entstanden. Property of Bauer Gear Motor GmbH April
3 Bauer Gear Motor GmbH Produkt Plattform Property of Bauer Gear Motor GmbH April
4 Bauer Gear Motor GmbH Niederlassungen weltweit Bauer Gear Motor GmbH Esslingen, GERMANY Bauer Gear Motor GmbH SLOVAKIA Bauer Gear Motor Limited Winsford, ENGLAND Bauer Gear Motor Finland Oy Ab FINLAND Bauer Gear Motor LLC Somerset, USA OOO Altra Industrial Motion RUSSIA Altra Industrial Motion Ukraine TOV UKRAINE Altra Industrial Motion Netherlands BV, HOLLAND Bauer Gear Motor Europe GmbH Niederlassung Österreich Bauer Gear Motor Europe GmbH Branch Office Belgium Bauer Gear Motor Europe GmbH Filiale Italiana Bauer Gear Motor Europe GmbH Sucursal en España Bauer Gear Motor Europe GmbH Succursale France Bauer Gear Motor Europe GmbH Afdeling Denmark Bauer Gear Motor Europe GmbH Pobočka Česko Altra Industrial Motion Shanghai und Beijing Branch Property of Bauer Gear Motor GmbH April
5 Energie Warum Energiesparen? Property of Bauer Gear Motor GmbH April
6 Energie Einsparpotentiale Stromverbrauch Deutschland Mrd. kwh Elektrische Antriebe Mrd. kwh Strombedarf elektrische Antriebe 150 Strombedarf effiziente Antriebe Property of Bauer Gear Motor GmbH April
7 Energie Energie- Gesetze aktuell ab , IE-2 bis 1000V Motoren 0,75 kw bis 375 kw Polzahl: 2, 4 und 6 S1 und S3-80% neu ab Nur noch IE3 oder IE2 mit Umrichter für 7,5-375kW ab nur noch IE3 oder IE2 mit Umrichter für 0,75 375kW Property of Bauer Gear Motor GmbH April
8 Energie Gesamtwirkungsgrad Getriebe Motor Frequenzumrichter Kabel Auslastung Konstruktion Übertragungselemente Betriebsparameter Gesamtwirkungsgrad Property of Bauer Gear Motor GmbH April
9 Energie Wirkungsgrad bei E- Motoren (IE1) Property of Bauer Gear Motor GmbH April
10 Energie effizienter Antrieb Permanent Magnet Motor PMSM Stator ähnlich zum ASM Rotor mit Permanentmagneten (dauerhaftes Magnetfeld im Rotor) identisch aufgebaut wie ASM keine Wärmeverluste im Rotor Rotorverluste um 100% reduziert Gesamtwirkungsgrad >10% erhöht Property of Bauer Gear Motor GmbH April
11 Energieeffizienz Vergleich ASM und PMSM (2,2 kw) ASM IE2 & PSM 2,2kW (10Nm) eta 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00 11,00 12,00 13,00 14,00 15,00 16,00 17,00 M [Nm] IE2 PSM Property of Bauer Gear Motor GmbH April
12 Energieeffizienz Teillastbereich IE2 (2,2kW) ASM M nenn : 14 Nm Eta ~ 84% Property of Bauer Gear Motor GmbH April
13 Energieeffizienz Teillastbereich IE4 (2,2kW) PMSM M nenn : 14 Nm Eta ~ 90% Property of Bauer Gear Motor GmbH April
14 Energieeffizienz Vergleich ASM und PMSM Teillast bei div. Drehzahlen Teillastbetrieb 1,5kW; ASM IE2 & PMSM IE rpm ASM 1000rpm ASM 1500rpm PMSM 1000rpm PMSM 1500rpm ASM 1000rpm ASM 1500rpm PMSM 1000rpm PMSM 1500rpm ASM 1000rpm ASM 1500rpm PMSM 1000rpm PMSM 1500rpm ASM 1000rpm ASM 1500rpm PMSM 1000rpm PMSM 1500rpm ASM 1000rpm ASM 1500rpm PMSM 1000rpm PMSM Wirkungsgrad [%] Auslastung Motor [%] Property of Bauer Gear Motor GmbH April
15 Beispiel 1 Rollenbahn (konstante Last) meistens nicht zu 100% ausgelastet unterschiedliche Drehzahl des Motors möglich Sicherheitszuschläge bei Berechnung Endkunde gibt höhere Fördermenge an: 1,2 Anlagenbauer kalkuliert Sicherheit: 1,2 Getriebemotorenbauer wählt einen Antrieb mit Sicherheit: 1,2 Gesamtsicherheit: 1,7 benötigte Leistung: 1,3kW gewählter Motor: 2,2kW Drehzahl: /min 2-Schichtbetrieb ca Std / Jahr Energieersparnis: 550kWh pro Jahr 2,2kW Motor (ASM) 2,2kW Motor (PMSM) kwh kwh weitere Vorteile: -keine Bremse notwendig -synchrone Drehzahl Property of Bauer Gear Motor GmbH April
16 Beispiel 2 Rollenbahn (variable Lasten) 900 Std. pro Jahr Voll-Last 1,5kW 1800 Std. pro Jahr Teil-Last 0,5kW Drehzahl des Motors bei ca rpm Motor 1; ASM IE2, Pn = 1,5kW eta = 84% Motor 2; PMSM IE4, PN = 1,5kW eta = 91% Energieverbrauch pro Jahr ASM: kwh- Energieverbrauch pro Jahr PMSM: kwh kwhdurch Sicherheitszuschläge Motor: 2,2 kw Energieeinsparung pro Jahr ca. Property of Bauer Gear Motor GmbH April
17 Energieeffizienz Rollenbahn Kostenbetrachtung Rollenbahn Kostenbetrachtung 4000,0 240,0 3500,0 190,0 3000,0 140,0 Kosten [ ] 2500,0 2000,0 1500,0 90,0 40,0 Einsparung [ ] 1000,0 Break even point ca. 2,5 Jahre -10,0 500,0-60,0 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 Jahre Kosten ASM [ ] Kosten PMSM [ ] Einsparung [ ] -110,0 Strompreis 0,1 /kwh Property of Bauer Gear Motor GmbH April
18 Energiesparen beim Heber Ablaufdiagramm Property of Bauer Gear Motor GmbH April
19 Energiesparen beim Heber Leistungsdiagramm 12 Leistungsdiagramm Heber Leistung [P] 4 2 ca. 8kWs ca. 2,2kWs P in [kw] 0 0 4,325 8,683 11,743 14,789 18,314 22,687 25,731 28,693 31,918 36,355-2 ca. 47kWs -4 Taktbetrieb: 60s Betrieb pro Takt ca. 32s -6 Property of Bauer Gear Motor GmbH April
20 Energiesparen beim Heber Energieverbrauch Heber 5.000,00 150, , ,00 100, ,00 50,00 Kosten [ ] 3.000, , ,00 Break even point ca. 5,5 Jahre - Einsparung [ ] 1.500,00-50, ,00-100,00 500, , Jahre Strompreis Kosten ASM [ ] Kosten PMSM [ ] Einsparung [ ] 0,1 /kwh Property of Bauer Gear Motor GmbH April
21 Energieeffizienz Kosten elektrischer Antriebe Lebenszykluskosten von elektrischen Antrieben Investition 2,3% Install. + Wartung 0,9% Investition 1,4% Install. + Wartung 0,2% Investition 0,9% Install. + Wartung 0,9% Relative Kosten Energie 96,8% Energie 98,7% Energie 99% 1.5 kw 1.5 kw 110 kw Quelle: VDE 12a 15a 12a P N /Nutzung 3000 h/a Property of Bauer Gear Motor GmbH April
22 Energieeffizienz Technische Vorteile Bei gleicher Leistung kleinere Baugröße Type Baugröße Leistung [kw] Drehzahl [1/min] Gewicht [kg] Unterschied [%] ASM DHE09XA4C 2, PMSM S09SA4 2, % ASM DHE13LA4 7, PMSM S11LA6 7, % Property of Bauer Gear Motor GmbH April
23 PMSM Technische Vorteile hohes Drehmoment über den gesamten Drehzahlbereich größerer Stellbereich als beim ASM Feldschwächung beginnt viel später als beim ASM hohe Energiedichte Gewichtsersparnis höhere Dynamik als ASM geringeres Massenträgheitsmoment Explosionsschutz Zone 1 und Zone 21, UL möglich hohe Haltemomente möglich (auch bei 0 rpm; geberlos) kleinerer Antrieb kann gewählt werden Property of Bauer Gear Motor GmbH April
24 Energie Wo Energiesparen? Getriebe, Motoren, Umrichter Übertragungselemente Förderelemente Richtige Berechnung/Auslegung Verluste im Kabel Property of Bauer Gear Motor GmbH April
25 Energie Wirkungsgrade 90% - 97% 80% - 100% 95% - 100% 70% - 98% 60% - 98% 50% - 95% 96% - 99% 80% - 92% 30% - 98% Property of Bauer Gear Motor GmbH April
26 Produktschulung PMSM Beispiel 1 (1,5kW IE4 und 2,2kW IE3) Drehmoment-Drehzahlkennlinie S09SA4-Y Mmax M (S1) - 1,5 kw - IE4 25 M (S1) - 2,2 kw - IE3 Drehmoment [Nm] Drehzahl [1/min] Property of Bauer Gear Motor GmbH April
27 Energieeffizienz Vorteile eines PMSM Vorteile: Energie sparen hoher Stellbereich des Motors Variantenreduzierung max. Drehmoment bei 0 Hz! bei horizontalem Fördern Verzicht auf halte Bremse bei Hebern kann exakt positioniert werden kein Schlupf synchrone Drehzahl Auswahl des Motors einfacher, da fast immer gleicher Wirkungsgrad Lagerkosten senken ->Variantenreduzierung CO 2 Reduzierung und was ist mit EX-Schutz??? Property of Bauer Gear Motor GmbH April
28 PMSM-Reihe für Explosionsschutz Zündschutzart Erhöhte Sicherheit II 2 G Ex e IIC T1 - T3 Gb S.XE.08MA4 S.XE.08LA4 S.XE.09SA4 S.XE.09XA4 S.XE.11SA6 S.XE.11MA6 S.XE.11LA6 Staubexplosionsschutz Zone 21 II 2 D Ex tb IIIC T 135 C Db 50 S.11LA6-3000_Y 50 S.XC.08MA4 S.XC.08LA4 S.XC.09SA4 S.XC.09XA4 S.XC.11SA6 S.XC.11MA6 S.XC.11LA M - S1 [Nm] Igrenz - S1 [A] Drehmoment [Nm] , Strom [A] S.11LA6-3000_Y 15 1,2 1,1 15 unzulässiger Bereich 10 1,0 10 0,9 0,8 0, ,6 180 I / IN ---> zulässiger Bereich Frequenz [Hz] 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0, f / Hz ---> Einstellparameter für die Dauerstromgrenze des Frequenzumrichters Bemessungsmomente M N : 5 Nm 48 Nm Nennleistungen P N : 0,75 kw 15 kw Property of Bauer Gear Motor GmbH April
29 Property of Bauer Gear Motor GmbH April
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