Hochintegrierte Motoren senken Kosten in der Intralogistik

Getriebemotoren für den unteren bis mittleren Leistungsbereich haben für sich genommen keinen besonders hohen Energieverbrauch, auch die anfallenden Kosten von Intralogistikanlagen sind moderat. Betrachtet man jedoch die Menge und die Betriebsstunden der Antriebe sowie die anfallenden Lebenszykluskosten, so offenbaren sich energetisch und betriebswirtschaftlich hohe Einsparpotenziale. Nord Drivesystems liefert projektabhängig zwischen 50 und 20.000 Antriebssysteme pro Projekt für verschiedene Intralogistik- und Gepäckförderanlagen. Ein solcher Antrieb läuft in Intralogistikanlagen für gewöhnlich im ein- bis dreischichtigen Betrieb. Legt man eine durchschnittliche verbaute Leistung von ca. 0,75 kW zugrunde, so repräsentiert bereits ein einziges Antriebssystem in etwa den Elektroenergiebedarf eines Einfamilienhaushaltes. Der Stromverbrauch für die Fördertechnik einer kompletten Intralogistik- oder Gepäckförderanlage erreicht schnell die Größenordnung einer ganzen Gemeinde. Wenn man bedenkt, dass wir händeringend Lösungen suchen, um die CO2-Emissionen zu verringern wird klar: Wir sollten handeln. Es ist klimapolitisch und betriebswirtschaftlich sinnvoll diese Einsparpotenziale zu nutzen.

Die sichtbaren Kosten, also die Investitionskosten für ein Antriebssystem, machen nur ganze 15 % der Lebenszykluskosten aus. 85 % der Kosten ergeben sich aus dem späteren Betrieb: Energiekosten, administrative Kosten, Service- und Wartungskosten, Schulungen und Dokumentation, Personalkosten, Ersatzteilbevorratung sowie Ausfälle und Stillstände. Ein wichtiger Aspekt in der Außendarstellung ist in Zeiten des Klimawandels die Nachhaltigkeit des Gesamtprojektes. Nachhaltiges Handeln wird bei steigenden Rohstoff- und Energiepreisen immer auch positive Auswirkungen auf die Lebenszykluskosten haben. Was kann der Betreiber einer Intralogistikanlage tun? Bei Neuanlagen sollte er Aspekte wie Nachhaltigkeit und Lebenszykluskosten in den Ausschreibungsvorgaben entsprechend berücksichtigen. Bei Bestandsanlagen ist ein Energieaudit empfehlenswert, das Ansatzpunkte für gezielte Optimierungen aufzeigt. Nur eine intensive Auseinandersetzung mit dem Projekt und seinen Anforderungen sowie eine sorgfältige Abwägung aller Wirtschaftlichkeitsaspekte führt bei der Antriebsauslegung zum besten Ergebnis für den Betreiber. Die Applikationsingenieure von Nord unterstützen ihre Kunden daher bereits bei der Planung mit umfassenden Analyse- und Beratungsleistungen.

Die Lebenszykluskosten von Antriebslösungen (Total Cost of Ownership/TCO) umfassen sämtliche anfallenden Kosten: von der Anschaffung über die Inbetriebnahme, Nutzung und Wartung bis hin zur Entsorgung. Die beiden größten Hebel zur TCO-Senkung bieten dabei der Energieverbrauch sowie die Anzahl der eingesetzten Antriebsvarianten. Zwischen den Ansätzen der Energieeffizienzoptimierung und der Variantenreduzierung besteht jedoch ein Zielkonflikt. Konzipiert man eine Anlage mit Antrieben, die jeweils auf den energieeffizientesten Arbeitspunkt ausgelegt sind, so fallen die reinen Investitionskosten optimal aus und die Motoren laufen unabhängig von ihrer Effizienzklasse vergleichsweise energieeffizient. Im Gegenzug müssen hierfür aber über den gesamten Lebenszyklus der Anlage viele verschiedene Antriebsvarianten verwaltet und gewartet werden. Während ein Antriebskonzept mit Hauptfokus auf der Einsparung von Energiekosten zu einer Vielzahl an Varianten führt, hat eine Variantenreduzierung genau das Gegenteil zum Ziel, nämlich die erforderlichen Drehmomente und Drehzahlen in einer Anlage mit so wenig verschiedenen Antriebsvarianten wie wirtschaftlich sinnvoll abzudecken.

Die neue IE5+ Motorengeneration von Nord Drivesystems wurde mit besonderem Schwerpunkt auf den Einsatz in der Intralogistikbranche konzipiert. Die besonders kompakten und energieeffizienten Synchronmotoren bieten einen konstant hohen Wirkungsgrad über einen breiten Drehmomentbereich und bieten damit auch in Teillast- und Teildrehzahlbereichen eine optimale Energieverbrauchsperformance. Der Vergleich eines herkömmlichen IE3-Asynchronmotors (0,75 kW, 83 % Motorwirkungsgrad, Kegelstirnradgetriebe) mit einem entsprechenden IE5+ Synchronmotor (0,75 kW, 93 % Motorwirkungsgrad, Kegelstirnradgetriebe) ergibt bei 16 Betriebsstunden pro Tag (4000 p.a.) und einem CO2-Emissionsfaktor von 366 g/kWh eine Energieersparnis von ca. 11 %. Das entspricht etwa 400 kWh und 0,15 t CO2 p.a.

Durch die optimierte Leistungsdichte lässt sich mit dem kompakteren IE5+ Motor gegenüber herkömmlichen Asynchronmotoren außerdem eine Platzersparnis von bis zu 40 % erzielen. Auf gleichem Bauraum kann also ein leistungsstärkerer Motor mit höherer Energieeffizienz eingebaut werden. Aufgrund der höheren Leistungsdichte ist ein IE5+ Synchronmotor, der ein Drehmoment von bis zu 4,8 Nm liefert, beispielsweise genauso groß wie ein bisheriger IE1-Motor mit 1,24 Nm. Dank des modularen skalierbaren Motordesigns sind außerdem drei Leistungsklassen in einem Gehäuse möglich, indem je nach Bedarf ein, zwei, oder drei Rotorpakete in ein einheitliches Gehäuse eingesetzt werden. Auch auf der Waage macht der neue Leistungsträger eine gute Figur. Durch effizienten Materialeinsatz sowie kompakten Bauraum erzielt der IE5+ Synchronmotor einen Gewichtsvorteil von über 50 % im Vergleich zu IE3-Asynchronmotoren im gleichen Leistungsbereich. Die IE5+ Synchronmotoren mit Motorwirkungsgraden bis zu 95 % liefert Nord Drivesystems für den Leistungsbereich von 0,35 bis 4,0 kW und in TENV- sowie TEFC-Ausführungen.

Weniger Volumen und weniger Gewicht führt zusätzlich zu geringeren Transportkosten und schont somit die Umwelt. Der erwähnte 0,75 kW-Motor wiegt als IE3-Version rund 10 kg, der vergleichbare IE5+ Motor nur rund 6 kg. Wird statt eines IE3-Motors ein IE5+ Motor per LKW von Hamburg nach Stuttgart geliefert, reduziert sich die ausgestoßene CO2-Menge um etwa 120 g je Motor. Bedenkt man die skizzierten Anlagengrößen mit bis zu 20.000 Antrieben und, dass Nord Drivesystems Antriebssysteme rund um den Globus ausliefert, zeigt sich, dass die Motoren aus dem Hocheffizienz-Portfolio nicht nur einen direkten Nachhaltigkeitsbeitrag durch Reduktion des Stromverbrauchs, sondern auch einen indirekten durch ihr kleineres Volumen und Gewicht leisten.

Je weniger Schnittstellen, desto höher der Systemwirkungsgrad. Mit dem Duo Drive hat Nord Drivesystems deshalb jetzt einen revolutionären Getriebemotor im hygienischen Washdown-Design vorgestellt, bei dem der IE5+ Synchronmotor in einem Gehäuse zusammen mit einem einstufigen Stirnradgetriebe untergebracht ist. Das besonders kompakte Duo Drive-Konzept erzielt als System eine nochmals deutlich höhere Energieeffizienz als die bereits beschriebenen Antriebssysteme mit IE5+ Synchronmotor und Kegelradgetriebe. Duo Drive bietet mit bis zu 92 % Systemwirkungsgrad einen der höchsten Wirkungsgrade in dieser Leistungsklasse am Markt und erreicht auch im Teillastbetrieb eine sehr hohe Systemeffizienz. Damit ist es zukunftssicher und ein wahrer Kostensenker.

Die erste verfügbare Duo Drive-Baugröße deckt Getriebeübersetzungen von i=3,24 bis i=16,2 ab und ist für den Abtriebsdrehmomentbereich bis 80 Nm und Drehzahlen bis 1.000 min-1 ausgelegt. Wichtige Merkmale des neuen Getriebemotors Duo Drive sind neben dem hohen Systemwirkungsgrad die konsequente Variantenreduktion und die glatte, unbelüftete und kompakter Bauweise. Da viele Verschleißteile wegfallen, sinkt auch der Wartungsaufwand. Die Duo Drive-Konstruktion kann ohne jegliche Anpassungen in verschiedenen Einbaulagen montiert werden. Dadurch sinkt die Variantenzahl in Intralogistikprojekten zusätzlich. Die kompakten Gehäusemaße bewirken einen weiteren Vorteil: Das Duo Drive ist schmaler als Wettbewerbsprodukte und bietet dadurch ein geringes Gassenmaß in Fördertechnikinstallationen. Da die Leistung des Getriebemotors ohne Änderung der äußeren Abmessungen im gleichen Design skaliert werden kann, ist bei Leistungsanpassungen keine Änderung des Anlagenlayouts erforderlich. Durch eine ausgewogene Kombination aus Variantenreduzierung und Energieeffizienz können sich hohe TCO-Reduzierungen ergeben. Die Antriebssysteme des modernen Hocheffizienz-Portfolios von Nord Drivesystems vereinen die Vorteile beider Optimierungsstrategien.

Torben Sachau, Rickert Matthiessen