Energieeffizienz

Groß sparen mit kleinen Antrieben

Dem Thema Energie-Einsparung wird bei Kleinantrieben bedingt durch ihre niedrige Anschlussleistung und die überwiegend geringe Einschaltdauer bis dato wenig Beachtung geschenkt. Zu Unrecht, denn auch bei den „Kleinen“ lässt sich auf lange Sicht viel sparen.

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Unterschiedliche Konzepte und Antriebsleistungen für gleiche Antriebsaufgaben: ein hoher Wirkungsgrad ermöglicht den Einsatz kleinerer Motoren mit geringerem Energiebedarf.

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Unterschiedliche Konzepte und Antriebsleistungen für gleiche Antriebsaufgaben: ein hoher Wirkungsgrad ermöglicht den Einsatz kleinerer Motoren mit geringerem Energiebedarf.

Mit einem Anteil von 42,8 % verbraucht die Industrie nach Berechnungen des Bundesverbandes der Energie- und Wasserwirtschaft (BEDW) in Deutschland den meisten Strom. Innerhalb dieses Bereichs dominiert die Antriebstechnik mit knapp 70 %. Damit ist offensichtlich, dass sich mit intelligenten Motoren- und Getriebekonzepten ein wesentlicher Beitrag zur Reduzierung des Energieverbrauchs leisten lässt. – Und dies nicht nur bei Antrieben im KW-Bereich! Immerhin werden jährlich 9 bis 10 Mio. Kleinantriebe im Nicht-Automotive und Nicht-Consumer-Markt gefertigt und in erheblicher Anzahl in der industriellen Produktion eingesetzt – Tendenz stark steigend.

Ganz allgemein führen vier Wege zu einem energieeffizienten Einsatz von Kleinantrieben:

1. Der einfachste und schnellste Weg ist die applikationsangepasste Auslegung der Antriebe. Gemäß einer vom ZVEI durchgeführten Studie lassen sich hier 60 % des Einsparpotenzials realisieren. Konstrukteure, die nicht ständig Antriebssysteme auslegen, neigen aus einem Sicherheitsbedürfnis heraus dazu, diese überzudimensionieren. Die Folge ist ein Betrieb der Antriebe im Teillastbereich und damit im Bereich von äußerst schlechten Wirkungsgraden, was mit einem hohen beziehungsweise ineffizienten Energie-Einsatz einhergeht. Ein weiteres Problem bei der Auswahl von Motorenkonzepten liegt insbesondere bei Kleinantrieben in der Fokussierung auf einen niedrigen Anschaffungspreis. Die Life-Cycle-Costs als entscheidender Faktor für den Betreiber einer Anlage bleiben hingegen vielfach noch unberücksichtigt.

2. Neben der richtigen Dimensionierung der Antriebe spielt der Wirkungsgrad der eingesetzten Getriebe mit 15 % des möglichen Einsparpotenzials eine wichtige Rolle. Derzeit dominieren noch Schneckengetriebe aufgrund ihrer vergleichsweise geringen Herstellkosten den Bereich der Kleinantriebe. Jedoch haben sie durch ihre gleitende Reibung im Untersetzungsbereich (10:1 bis 60:1) – in dem sie am häufigsten eingesetzt werden – sehr schlechte Wirkungsgrade zwischen 30 und 70 %. Da der antreibende Motor auch das Losbrechmoment des Schneckenradsatzes überwinden muss, führt dies zwangsläufig zu einer zusätzlich notwendigen Überdimensionierung der Antriebsmaschine.

Dabei gibt es mittlerweile gerade für Winkelgetriebe-Applikationen eine Alternative zum Schneckengetriebe: Winkelgetriebe mit Planrad- beziehungsweise Kronenrad-Technologie. Sie basieren auf einer Verzahnungstechnik mit überwiegender Rollreibung, wodurch sich Wirkungsgrade zwischen 85 und 97 % erreichen lassen. Ein symmetrischer Aufbau, eine deutlich längere Lebensdauer und die Einsparpotenziale hinsichtlich der Investitions- und Betriebskosten sind somit entscheidende Vorzüge einer solchen Lösung. Wo es der Bauraum erlaubt, können allerdings auch Planeten- und Stirnradgetriebe mit ähnlichen Wirkungsgraden und Leistungsmerkmalen zum Einsatz gebracht werden.

1. Teil: Groß sparen mit kleinen Antrieben
2. Teil: Einsatz von wirkungsgradoptimierten Motorenkonzepten
3. Teil: Winkelgetriebe versus Schneckengetriebe
4. Teil: Kleinantriebe gewinnen an Bedeutung