Energieeffiziente Komplettlösung: Antriebsstrang auf Permanentmagnetmotor-Basis

  • Mit der neuen Synchronmotorbaureihe hat das WEG-Tochterunternehmen Württembergische Elektromotoren eine Lösung für anspruchsvolle Industrieanwendungen vorgestellt. Es kommen dabei Getriebe der WG20-Reihe und Frequenzumrichter der CFW11-Serie zum Einsatz.Mit der neuen Synchronmotorbaureihe hat das WEG-Tochterunternehmen Württembergische Elektromotoren eine Lösung für anspruchsvolle Industrieanwendungen vorgestellt. Es kommen dabei Getriebe der WG20-Reihe und Frequenzumrichter der CFW11-Serie zum Einsatz.

Kommen die einzelnen Komponenten eines Antriebsstrangs von verschiedenen Unternehmen, geht dies meistens zu Lasten des Wirkungsgrades. Zudem ist die Kombination aus Motor, Getriebe und Regler selten auf Kundenbedürfnisse ausgerichtet. Deshalb hat ein Hersteller einen Antriebsstrang entwickelt, der auf einem Permanentmagnetmotor basiert und an die jeweilige Anwendung adaptiert werden kann.

Mit einer neuen Synchronmotorbaureihe stellt das WEG-Tochterunternehmen Württembergische Elektromotoren eine Lösung für anspruchsvolle Industrieanwendungen vor. Diese ist bei einer Nennausgangsleistung von 0,12 kW bis 3 kW standardmäßig mit Drehzahlrückführung ausgestattet. Ab Sommer 2018 sind die Synchronmotoren in den vier Baugrößen 6 ,7, 8 und 9 erhältlich. Die Nenndrehmomente liegen je nach Baugröße bei 1,2 Nm, 2,8 Nm, 5 Nm und 10 Nm. Ein Vorteil der Synchronmotorreihe besteht darin, dass die Motoren aufgrund ihrer elektrischen Auslegung sowohl im Open-Loop-Betrieb ohne Rückführung als auch im Closed-Loop mit Rückführung betrieben werden können. Dabei erreichen sie über weite Drehzahlbereiche Wirkungsgrade von größer 90 Prozent bei Nenndrehmomenten von 1 Nm bis 10 Nm. Dies gilt sowohl für den Open-Loop- als auch den Closed-Loop-Betrieb. So erfüllen bereits kleinere Antriebe ab 0,12 kW die Effizienzklasse IE4 – und übertreffen diese sogar. Die Motorenreihe zeichnet sich durch eine gute Drehzahlgenauigkeit und hohe Dynamik aus, die aus der Überlastfähigkeit und dem geringen Eigenmassenträgheitsmoment resultiert. Alle Synchronmotoren sind überlastbar, wobei mindestens der Faktor 3,5 erreicht werden kann. Abhängig von der jeweiligen Baugröße und optimierter Massenträgheitsanpassung (iopt = JFremd / JMotor = 1:1) liegen die Beschleunigungszeiten bei 13 bis 53 ms.

Belüftet oder unbelüftet?

Neben einem hohen Strom-Drehmoment- und Drehmoment-Volumen-Verhältnis ist ein weiterer Vorteil der Synchronmotor-Technologie die kompakte Bauweise. Dies und eine bessere Dynamik heben die Synchronmotoren von der Asynchrontechnik ab. So können die IE4-Permanentmagnetmotoren bei gleicher Leistung eine Baugröße kleiner ausfallen als Asynchronmotoren. Die Württembergische Elektromotoren nutzt als Grundlage der Synchronmotoren die standardisierten, vorhandenen Bauteile, mit denen verschiedene Anwendungsanforderungen abgedeckt werden können.

Dabei sind unterschiedliche Gehäuseformen und Ausstattungen möglich: So kann sich der Anwender etwa bei der mechanischen Ausführung zwischen unbelüfteten und belüfteten Glattmantelgehäusen sowie gerippten Gehäusen in leichter Aluminiumausführung entscheiden. Ferner ist der Synchronmotor dank Baukastensystem – vom Klemmenkasten bis zum Anschlussstecker – auf den jeweiligen Kundenwunsch abgestimmt lieferbar.

Die dazu passenden Getriebe

Im Direktanbau ohne Motoradapter ist die Synchronmotorbaureihe mit den WG20-Getrieben von Watt Drive (einer weiteren WEG-Tochter) kombinierbar. Mit dem eingesparten Motor-Adapter werden nicht nur Kosten gesenkt, auch das Massenträgheitsmoment an der Motorwelle wird nicht weiter erhöht. Mit den Stirnrad-, Flach- und Kegelstirnradgetrieben ist die WG20-Reihe eine gute Ergänzung zu den Synchronmotoren. Zudem sind die Getriebe dank des Ritzelbaukastens für die ideale Untersetzung an die Applikation anpassbar und können aufgrund der optimalen Abstimmung zweistufig ausgeführt werden. Die Auslegung wird auch durch das optimale Kosten-Nutzenverhältnis (Abstimmung Motor / Getriebeuntersetzung) bestimmt. Zusätzlich können mit dem Wegfall einer Getriebestufe die Gesamtverluste nochmals verringert werden. Dies wirkt sich positiv auf die Energieeffizienz aus. Die WG20-Getriebe bieten eine effiziente Kraftübertragung und lassen sich mit den Synchronmotoren zu Antrieben mit hoher Leistungsdichte kombinieren. Mit Ihren marktkonformen Anschlüsse ist zudem für eine weltweite Austauschbarkeit ohne anwenderseitige Maschinenmodifikationen gesorgt.

Energieeffizienz im Dauerbetrieb

Betrachtet man Anwendungen, wie etwa den 24/7-Dauerbetrieb in der Textilbranche oder den permanenten Betrieb von Pumpen, so zeigt sich, dass die Verwendung von Synchronmotoren eine bessere Lösung als der Einsatz von Asynchronmotoren darstellt. Dies gilt vor allem dann, wenn sie über den gesamten Drehzahlbereich mit einem hohen Wirkungsgrad im Dauerbetrieb arbeiten. Der Hauptnachteil von Permanentmagnetmotoren, die höheren Investitionskosten gegenüber dem Asynchronmotor, kann in diesen Fällen durch deutliche Energiekosteneinsparungen nach kurzer Betriebsdauer kompensiert werden.

Der geeignete Regler

Als Regler kommt beim neuen Synchron-Antriebstrang der Frequenzumrichter CFW11 zum Einsatz. Er deckt die Netzspannungen 220 V bis 480 V (50/60Hz) sowie einen Leistungsbereich bis 3 kW im Normalbetrieb ab. Der CFW11 ist leicht zu konfigurieren und zu bedienen. Ausschließlich für den industriellen Einsatz konzipiert, tragen die High-End-Geräte der Baureihe CFW11 als Teil eines Antriebsstrangs zur Prozessoptimierung und Produktivitätssteigerung bei. Das Gehäuse des CFW11 ist in Schutzklasse IP54 erhältlich. Standardmäßig unterstützt der Umrichter die Kommunikationsprotokolle Modbus-RTU (RS232 und RS485), CANopen, DeviceNet, Profibus-DP/DPV1, Profinet, Modbus-TCP, Ethernet/IP, Ethercat und BACnet. Der Umrichter unterstützt sowohl Spannungsvektorregelung (VVW) als auch U/f-Kennliniensteuerung. Dank der WEG-eigenen Vectrue-Umrichtertechnologie bietet er ein gutes statisches und dynamisches Ansprechverhalten, präzise Drehmoment- und Drehzahlregelung, Positioniergenauigkeit und eine hohe Überlastkapazität. Für den Einsatz in sicherheitskritischen Anwendungen hat WEG zudem eine Vielzahl an Schutzfunktionen mit Fehler- und Alarmmeldungen sowie eine Sicherheitsabschaltung gemäß EN ISO 13849-1 – sicher abgeschaltetes Drehmoment (STO), Cat. 3/pL d (als Optionsmodul) – integriert.

Ein starkes Team

Der komplette Antriebsstrang aus Synchronmotor, WG20-Getriebe und CFW11-Frequenzumrichter kombiniert das Antriebs-Know-how der WEG-Gruppe mit der Motorkompetenz der Württembergische Elektromotoren, der Getriebekompetenz von Watt Drive und dem globalen Vertriebs- und Servicenetzwerk von WEG. Alle Antriebskomponenten des neuen Synchron-Antriebsstrangs wurden so ausgelegt, dass sie mechanisch und elektrisch aufeinander abgestimmt und anwendungsspezifisch kombinierbar sind. Somit erhalten Anwender ein Produkt, das ihren Bedürfnissen entspricht: eine langlebige Antriebslösung aus einer Hand inklusive gesicherter Service-Wege.

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Geigerstr. 7
50169 Kerpen
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