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Energieeffiziente Antriebssysteme für industrielle Anwendungen Energiesparen über innovative Technologien bei Mechanik, Elektrik und Elektronik

Dipl.-Ing. (FH) Claus Wieder Leiter Marktmanagement SEW-Eurodrive GmbH & Co KG 76646 Bruchsal

Mehr als die Vergangenheit interessiert mich die Zukunft, denn in ihr gedenke ich zu leben

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Albert Einstein 07.05.2013

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Einleitung - Übersicht Energieeffiziente Antriebslösungen – 2

für industrielle Anwendungen 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

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07.05.2013

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SEW – Energiespar-Baukasten Reduktion der Verluste

h=

DRE80-315 IE2

R07-R167 PS

DRP90-315 IE3

F27-F157

 Erhöhung des Getriebewirkungsgrads  Erhöhung des Motorwirkungsgrads  Verbesserung des Umrichterwirkungsgrads  Verzicht auf unnötige Funktionen  Bedarfsgerechte Dimensionierung

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MOVIDRIVE® BG0-BG7

K19-K187 BS

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ElektronikMotor DRC 1 – 3 IE4(*)

MOVIGEAR® MGF2-MGF4 IE4(*)

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Getriebe Wandler für Drehmoment und Drehzahl PLoss Verzahnung

Pein = M ein  ein Dichtung

POut PIn Öl

Lager

Paus = M ein  ein hGetriebe SEW-EURODRIVE GmbH & Co KG — Marktmanagement / Claus Wieder

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Getriebe – Übersicht, Wirkungsgrade Geradliniger Kraftfluss

StirnradGetriebe

Rechtwinkliger Kraftfluss

FlachGetriebe

Getriebetyp

KegelradGetriebe

Schnecken SPIROPLAN® -Getriebe Getriebe

Kraftfluß

Kraftübertragung

Wirkungsgrad

Stirnradgetriebe

geradlinig

Rollreibung

Flachgetriebe

geradlinig

Rollreibung

Kegelstirnradgetriebe

rechtwinklig

Rollreibung

Stirnradschneckengetriebe Spiroplan®

rechtwinklig rechtwinklig

Gleitreibung Gleitreibung

98 % (1 stufig) 97 % (2 stufig) 95 % (3 stufig) 97 % (2 stufig) 95 % (3 stufig) 95 % (3 stufig) > 90 (2 stufig) 40 - 93 % (2 stufig) 40 - 93 % (1 stufig)

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Innovation in der Mechanik hocheffiziente Kegelrad-Getriebe •

Hoher Wirkungsgrad

Neu bei SEW:

•

Wirkungsgrad größer 90 %

K19 / K29

• • •

80 /130 Nm

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

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Der Elektromotore – die antriebende Kraft Elektromotoren Im industriellen Einsatz

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Drehstrom-Asynchron-Motoren werden am häufigsten eingesetzt

DrehstromAsynchron-Motor

einfaches, robustes Motorkonzept und preiswert

Elektromotoren bieten im Vergleich zu anderen Motoren /Technologien einen hohen Wirkungsgrad Wirkungsgrad ist abhängig von der MotorLeistung und der Motor-Auslastung Drehstrom-Asynchron-Motoren Wirkungsgrad 73% – 93 %

DrehstromSynchron-Motor permanent erregt

Drehstrom-Synchron-Motoren (Servo-Motoren) bieten Wirkungsgrade > 90 %

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Festlegung der Wirkungsgradklassen Internationale Norm : IEC 60034-30 IEC 60034-30

SEWMotoren

IE1 – Standard Efficiency

DRS

IE2 – High Efficiency

DRE

IE3 - Premium Efficiency

DRP

IE4 – Super Premium Efficiency *

DRU, DRC MOVIGEAR

* IEC/TS 60034-31 Ed 1.0 - COMMITTEE DRAFT (CD)

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Innovation in der Elektro-Mechanik Synchron-Motor in LSPM - Technologie 9

DRU-Motor in LSPM* Technik: Permanenterregten Drehstrom-Synchronmotor Rotor mit Kurzschlusskäfig und eingelassenen Magneten Für Netz- und Umrichter-Betrieb Wirkungsgradklasse IE4 Super Premium Efficiency

* LSPM (Line Start Permanent Magnet) SEW-EURODRIVE GmbH & Co KG — Marktmanagement / Claus Wieder

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Synchronmotoren DRU LSPM - Technologie 10

Vorteile: 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

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Synchronmotoren DR...J (LSPM) Skalierbarkeit Wirkungsgradklasse und Baugröße 11

Beispiel: 1,1 kW Serienbaugröße DRS 80 M4 (IE1)

IE2 LSPM-Baugröße

DRE 80 SJ 4

Serienbaugröße DRE 90 M4 (IE2)

IE3 LSPM-Baugröße

DRP 80 MJ 4

IE4 LSPM-Baugröße

DRU 90 MJ 4.

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Frequenzumrichter – Drehzahl-Verstellung, Flexibilität und Effizienz Motorbetrieb am Frequenzumrichter Frequenzumrichter (FU) ermöglichen die variable Drehzahlverstellung im Motor

Netz 50/60Hz

Frequenzumrichter Wirkungsgrad > 95% getaktete FU-Ausgangsspannung bringt erhöhte Verluste in Leitung und Motor !! optimierter Betrieb des Motors (U, I, f) f= 0-400 Hz ~ n

Anpassung /Reduzierung der Drehzahl an Betriebsbedingungen Nutzung generatorischer Motor-Energie über ZK-Kopplung, Netzrückspeisung, Energiespeicher u.ä

n

t

Frequenzumrichter bieten ein Einsparpotential bis zu 30 %

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Frequenzumrichter – Drehzahl-Verstellung, Flexibilität und Effizienz

Netz 50/60Hz

Bremswiderstand

Netz -Rückspeisung

Energie-Speicher D C / D C

A C / D C

DCZwischenkreis

f= 0-400 Hz ~ n

generatorische Energie

Antriebselektronik zum Energie-Recycling SEW-EURODRIVE GmbH & Co KG — Marktmanagement / Claus Wieder

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Mechatronik – Innovation und Optimierung der Antriebslösung Integration von Getriebe, Motor und Frequenzumrichter

Mechatronisches System

PAufwand

PNutzen

FU

Motor

Getriebe

hFU

hMotor

hGetriebe

Gesamtwirkungsgrad hgesamt

hSystem

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hLast

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Mechatronik – Von der Komponente zum System Mechatronisches Antriebs-System MOVIGEAR® Elektronik

Integration von Getriebe, Motor und Antriebselektronik in einem Gehäuse Optimierung der mechanischen und elektrischen Schnittstellen

Getriebe

Motor

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hocheffizienter Motor  Synchron-Motor energieeffizientes Getriebe Flachgetriebe Einsatz effizienter Leistungshalbleiter Erweitere Diagnose für Elektronik und Mechanik Gesamtwirkungsgrad liegt je nach Vergleichsgetriebe und Betriebspunkt ca. 10-25 % über herkömmlichen Antriebslösungen

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DRC Elektronikmotor— die universelle mechatronische Antriebseinheit Eigenschaften des DRC-Motors

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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

DRC Motor — flexibel, skalierbar, durchgängig SEW-EURODRIVE GmbH & Co KG — Marktmanagement / Claus Wieder

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- Energiesparlösung - horizontaler Transport

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Energieeffizienz durch innovative Antriebssysteme

MOVIGEAR® MGF2-MGF4

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Die Lösung für den horizontalen Transport - MOVIGEAR® 18

Der Vergleich Anwendung Gurtförderer Vergleich von konventioneller Lösung (Getriebemotor direkt am Netz) und innovativer MOVIGEAR® Technologie Installierte Systeme

vs. MOVIGEAR® MGF2-MGF4

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(1)

KA47 DT90S4 BMG (Netzbetrieb) i: 8,56 (nab = 164 1/min) Ma: 64 Nm

(2)

MGFAS4 (MOVIGEAR) i: 10,97 (nab = 182 1/min) Ma: 72 Nm

07.05.2013

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Die Lösung für den horizontalen Transport - MOVIGEAR® Die Energieverbrauchsmessung Blau – Leistungsaufnahme KA47DT90S4BMG (vor Gurttausch) Rot – Leistungsaufnahme MOVIGEAR® (nach Gurttausch) Grün – Leistungsaufnahme MOVIGEAR® (vor Gurttausch)

MOVIGEAR® MGF2-MGF4

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Energiesparlösung - horizontale Fördertechnik Reduzierung um 55 %, 2676 kWh/a pro Antrieb

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Energieverbrauch

Reduzierung um ca. 1739 kg/a CO2-Ersparnis

MOVIGEAR® MGF2-MGF4

Bezogen auf eine Strompreis von 0,1 €/kWh bei 16 Stunden pro Tag und 250 Tagen pro Jahr SEW-EURODRIVE GmbH & Co KG — Marktmanagement / Claus Wieder

Reduzierung um 268 €/a

Energiekosten pro Antrieb

Zertifizierung

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Energieberatung – in systematischen Schritten zur optimalen Einsparung Energiespar- Rechner

Verbrauchs- Rechner

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Amortisations- Rechner

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Regalbediengerät- Rechner

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