Forum Efficiency Arena

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1 Forum Efficiency Arena Energieeffiziente Antriebssysteme für industrielle Anwendungen Energiesparen über innovative Technologien bei Mechanik, Elektrik und Elektronik 1 Dipl.-Ing. (FH) Claus Wieder Leiter Marktmanagement SEW-Eurodrive GmbH & Co KG Bruchsal Mehr als die Vergangenheit interessiert mich die Zukunft, denn in ihr gedenke ich zu leben Albert Einstein

2 Einleitung - Übersicht Energieeffiziente Antriebslösungen für industrielle Anwendungen 2 Der klassische Antriebsstrang Getriebe, Motor, Antriebselektronik Getriebe Wandler für Drehmoment und Drehzahl Elektromotor die antreibende Kraft Frequenzumrichter Drive-Controller Drehzahlverstellung, Flexibilität und Effizienz Mechatronikvon der Komponente zum System Ausblicke Rahmenbedingungen und Vorschriften

3 SEW Energiespar-Baukasten Reduktion der Verluste h = Erhöhung des Getriebewirkungsgrads Erhöhung des Motorwirkungsgrads Verbesserung des Umrichterwirkungsgrads Verzicht auf unnötige Funktionen Bedarfsgerechte Dimensionierung 3 DRE IE2 DRP IE3 MOVIDRIVE BG0-BG7 R07-R167 PS F27-F157 K19-K187 BS Elektronik- Motor DRC 1 3 IE4 (*) MOVIGEAR MGF2-MGF4 IE4 (*)

4 Getriebe - Wandler für Drehmoment und Drehzahl Verzahnung P Loss P Dichtung = ein M ein ein P Out P In P = aus M ein Öl Lager h ein Getriebe

5 Getriebe Übersicht, Wirkungsgrade Geradliniger Kraftfluss Rechtwinkliger Kraftfluss Stirnrad- Getriebe Flach- Getriebe Kegelrad- Getriebe Schnecken -Getriebe SPIROPLAN Getriebe Getriebetyp Kraftfluß Kraftübertragung Wirkungsgrad Stirnradgetriebe geradlinig Rollreibung 98 % (1 stufig) 97 % (2 stufig) 95 % (3 stufig) Flachgetriebe geradlinig Rollreibung 97 % (2 stufig) 95 % (3 stufig) Kegelstirnradgetriebe rechtwinklig Rollreibung 95 % (3 stufig) > 90 (2 stufig) Stirnradschneckengetriebe rechtwinklig Gleitreibung % (2 stufig) Spiroplan rechtwinklig Gleitreibung % (1 stufig)

6 Innovation in der Mechanik hocheffiziente Kegelrad-Getriebe Hoher Wirkungsgrad Wirkungsgrad größer 90 % Kompakte Bauform Geringes Gewicht zweiteiliges Aluminium-Gehäuse Kombinierbar mit DR-, DRC-, und CMP-Motoren IE4-Antriebe Fuß- und Aufsteckausführung ein Gehäuse Universaleinbaulage M1 bis M6 Drei Fußleisten für allseitigen Anbau Zweistufige Ausführung Hypoidverzahnung in zweiter Stufe Übersetzungen i= 4 bis 70 Neu bei SEW: K19 / K29 80 /130 Nm

7 Der Elektromotore die antriebende Kraft Elektromotoren Im industriellen Einsatz 7 Drehstrom-Asynchron-Motoren werden am häufigsten eingesetzt Drehstrom- Asynchron-Motor einfaches, robustes Motorkonzept und preiswert Elektromotoren bieten im Vergleich zu anderen Motoren /Technologien einen hohen Wirkungsgrad Wirkungsgrad ist abhängig von der Motor- Leistung und der Motor-Auslastung Drehstrom-Asynchron-Motoren Wirkungsgrad 73% 93 % Drehstrom- Synchron-Motor permanent erregt Drehstrom-Synchron-Motoren (Servo-Motoren) bieten Wirkungsgrade > 90 %

8 Festlegung der Wirkungsgradklassen Internationale Norm : IEC IEC SEW- Motoren IE1 Standard Efficiency DRS IE2 High Efficiency IE3 - Premium Efficiency IE4 Super Premium Efficiency * DRE DRP DRU, DRC MOVIGEAR 8 * IEC/TS Ed COMMITTEE DRAFT (CD) 07/05/2013

9 Innovation in der Elektro-Mechanik Synchron-Motor in LSPM - Technologie DRU-Motor in LSPM* Technik: 9 Permanenterregten Drehstrom-Synchronmotor Rotor mit Kurzschlusskäfig und eingelassenen Magneten Für Netz- und Umrichter-Betrieb Wirkungsgradklasse IE4 Super Premium Efficiency * LSPM (Line Start Permanent Magnet)

10 Synchronmotoren DRU LSPM - Technologie Vorteile: 10 Hoher Wirkungsgrad bis zu IE4 Geringerer Energieverbrauch Kompakte und robuste Bauweise Synchroner Lauf mit der Speisefrequenz Schlupflose Drehzahlregelung ohne Geberrückführung Einsetzbar als Einzel- oder Gruppenantrieb am Netz oder Frequenzumrichter Konstantes Drehmoment im Drehzahlstellbereich ohne Fremdlüfter Viele Zusatzausführungen des DR-Motorbaukastens verfügbar Kombinierbar mit der SEW- 7er-Reihe des Getriebebaukastens

11 Synchronmotoren DR...J (LSPM) Skalierbarkeit Wirkungsgradklasse und Baugröße 11 Beispiel: 1,1 kw Serienbaugröße DRS 80 M4 (IE1) Serienbaugröße DRE 90 M4 (IE2) IE2 LSPM-Baugröße DRE 80 SJ 4 IE3 LSPM-Baugröße DRP 80 MJ 4 IE4 LSPM-Baugröße DRU 90 MJ

12 n Frequenzumrichter Drehzahl-Verstellung, Flexibilität und Effizienz Netz 50/60Hz f= Hz ~ n Motorbetrieb am Frequenzumrichter Frequenzumrichter (FU) ermöglichen die variable Drehzahlverstellung im Motor Frequenzumrichter Wirkungsgrad > 95% getaktete FU-Ausgangsspannung bringt erhöhte Verluste in Leitung und Motor!! optimierter Betrieb des Motors (U, I, f) Anpassung /Reduzierung der Drehzahl an Betriebsbedingungen Nutzung generatorischer Motor-Energie über ZK-Kopplung, Netzrückspeisung, Energiespeicher u.ä t Frequenzumrichter bieten ein Einsparpotential bis zu 30 %

13 Netz -Rückspeisung Driving the world Frequenzumrichter Drehzahl-Verstellung, Flexibilität und Effizienz Netz 50/60Hz Bremswiderstand Energie-Speicher D C / D C A C / D C f= Hz ~ n DC- Zwischenkreis generatorische Energie Antriebselektronik zum Energie-Recycling

14 Mechatronik Innovation und Optimierung der Antriebslösung Integration von Getriebe, Motor und Frequenzumrichter P Aufwand Mechatronisches System P Nutzen FU Motor Getriebe h FU h Motor h Getriebe h Last Gesamtwirkungsgrad h gesamt h System

15 Getriebe Driving the world Mechatronik Von der Komponente zum System Mechatronisches Antriebs-System MOVIGEAR 15 Elektronik Motor Integration von Getriebe, Motor und Antriebselektronik in einem Gehäuse Optimierung der mechanischen und elektrischen Schnittstellen hocheffizienter Motor Synchron-Motor energieeffizientes Getriebe Flachgetriebe Einsatz effizienter Leistungshalbleiter Erweitere Diagnose für Elektronik und Mechanik Gesamtwirkungsgrad liegt je nach Vergleichsgetriebe und Betriebspunkt ca % über herkömmlichen Antriebslösungen

16 DRC Elektronikmotor die universelle mechatronische Antriebseinheit Eigenschaften des DRC-Motors Permanent Magnet Motor wie im MOVIGEAR Kommunikationsschnittstellen wie MOVIGEAR Binär, AS-Interface, SNI und SBus 3 Baugrößen mit 0,55 / 1,5 / 3 kw geschlossene Ausführung ohne Lüfter Standard Flansche zur Kombination mit SEW 7er-Getrieben (R, F, K, S, W) Optional: mechanische Bremse Wirkungsgradklasse entsprechend IE4 16 DRC Motor flexibel, skalierbar, durchgängig

17 - Energiesparlösung - horizontaler Transport Energieeffizienz durch innovative Antriebssysteme 17 MOVIGEAR MGF2-MGF

18 Die Lösung für den horizontalen Transport - MOVIGEAR Der Vergleich Anwendung Gurtförderer Vergleich von konventioneller Lösung (Getriebemotor direkt am Netz) und innovativer MOVIGEAR Technologie Installierte Systeme (1) KA47 DT90S4 BMG (Netzbetrieb) i: 8,56 (n ab = 164 1/min) M a : 64 Nm 18 vs. MOVIGEAR MGF2-MGF4 (2) MGFAS4 (MOVIGEAR) i: 10,97 (n ab = 182 1/min) M a : 72 Nm

19 Die Lösung für den horizontalen Transport - MOVIGEAR Die Energieverbrauchsmessung Blau Leistungsaufnahme KA47DT90S4BMG (vor Gurttausch) Rot Leistungsaufnahme MOVIGEAR (nach Gurttausch) Grün Leistungsaufnahme MOVIGEAR (vor Gurttausch) 19 MOVIGEAR MGF2-MGF4

20 Energiesparlösung - horizontale Fördertechnik Reduzierung um 55 %, kwh/a pro Antrieb Energieverbrauch Reduzierung um ca kg/a CO 2 -Ersparnis MOVIGEAR MGF2-MGF4 Reduzierung um 268 /a Energiekosten pro Antrieb Bezogen auf eine Strompreis von 0,1 /kwh bei 16 Stunden pro Tag und 250 Tagen pro Jahr Zertifizierung

21 Energieberatung in systematischen Schritten zur optimalen Einsparung Energiespar- Rechner Amortisations- Rechner 21 Verbrauchs- Rechner Regalbediengerät- Rechner 07/05/2013