Synchron-Trommelmotoren erhöhen Lebensmittelsicherheit

Trommelmotoren sind in fördertechnischen Aufgaben der Lebensmittelindustrie weit verbreitet – sie überzeugen als komplett geschlossene Einkomponenten-Lösung durch besonders gute Hygieneeigenschaften. Nachdem bislang asynchrone Auslegungen dieser Technologie dominieren, kommen nun verstärkt Synchron-Trommelmotoren zum Einsatz. Ihr Vorteil: Sie sind ölfrei und deutlich kühler. Eigentlich stellt die Lebensmittelindustrie die gleichen Anforderungen an die Funktionalität von Antriebskomponenten wie alle anderen industriellen Applikationen auch. Es gibt hier wie da sowohl einfache als auch anspruchsvolle Förder- und Transportaufgaben. Anspruchsvolle Aufgaben lassen sich nur durch intelligente Antriebslösungen, die mit Servosteuerungslogik arbeiten und die in dynamischen Prozessen hoch präzise transportieren und positionieren können.

Auch hinsichtlich Drehzahl, Drehmoment und der daraus resultierenden Antriebsleistung – also den entscheidenden Kriterien für Bewegungen im Produktionsprozess – gibt es keine generellen Unterschiede zu sonstigen industriellen Applikationen, denn auch in der Lebensmittelindustrie werden die Produktionsprozesse zunehmend dynamischer. Die Motoren müssen zunehmend schneller beschleunigen, präziser anlaufen und abbremsen und ihre Geschwindigkeit exakt halten können. Daher spielen zunehmend auch Trägheitsmomente und Spitzenmomente sowie ein gutes Regelverhalten der Antriebslösungen – also das Zusammenspiel zwischen Motoren und Steuerungen – eine zunehmend wichtige Rolle. Auch müssen Antworten auf aktuelle Themen rund um Energieeffizienz und Digitalisierung gegeben werden. Aber auch hier nimmt die Antriebstechnik der Lebensmittelindustrie im Vergleich zum allgemeinen Maschinenbau keine Sonderstellung ein.

Es gibt jedoch eine wirklich extrem wichtige Anforderung der Lebensmittelindustrie, die die zum Einsatz kommende Antriebstechnik einzigartig macht. Dies ist der Aspekt der Hygiene: Das Antriebssystem muss nämlich so ausgelegt werden, dass es Lebensmittel nicht kontaminieren kann. Aus diesem Grund kommen in der Lebensmittelindustrie schon seit vielen Jahren Trommelmotoren als integrierte Antriebskomponenten zum Einsatz. Sie haben die extern an das anzutreibende System angeflanschten Motoren weitestgehend ersetzt. Solche externen Motoren haben zwar den Vorteil, dass sie mittlerweile weltweit standardisiert sind. Fällt ein Motor bei einem Anwender irgendwo auf der Welt aus, ist es in der Regel unkompliziert einen Ersatz zu besorgen. Allerdings widerspricht der Einsatz externer Motoren essentiell dem Gedanken der Hygiene.

Alle Motoren müssen nämlich vom Produktionsprozess der Lebensmittel abgekapselt werden. Bei externen Motoren kann dies allerdings in aller Regel nicht vollständig gelingen, was wohl vermutlich jeder erfahrene Praktiker bestätigen wird. Bakteriennester, welche auch Reinigungsprozeduren überstehen, sind eine der Folgen. Deshalb werden in der Lebensmittelverarbeitung zunehmend Trommelmotoren eingesetzt. Diese sind deutlich hygienischer. Das Design von Trommelmotoren eignet sich hervorragend, um den Motor sicher und schnell reinigen zu können, ohne dass Bakteriennester zurückbleiben. Auch ist der Aufwand, Schutzhauben um die externen Motoren zu bauen, hoch. Ein doppeltes Plus also für den Trommelmotor. Bei den Trommelmotoren sollte jedoch genauer hingeschaut werden, welche Technologie zum Einsatz kommt.

Der bislang dominierende Asynchron-Trommelmotor hat nämlich drei fundamentale Nachteile. Er ist in aller Regel mit Öl gefüllt, welches die Motorverlustleistung abführen soll. Dieses Öl kann austreten. Auch wird er– ziemlich lastunabhängig im Bereich bis 1 kW – an der Trommeloberfläche sehr warm. Wärme in der Lebensmittelverarbeitung ist jedoch nichts, was man gebrauchen kann. Ganz davon abgesehen, dass auch die saubere Gurtführung darunter leidet. Und es kommt hinzu, dass der Anwender technologiebedingt eine Vielzahl von Trommelmotorvarianten einsetzen muss, um die jeweils nötigen Funktionalitäten wie Bandgeschwindigkeit, Bandzugkräfte oder Anlaufmomente zu erreichen.  Synchron-Trommelmotoren haben die oben genannten Nachteile nicht. Die Motoren haben keine Ölfüllung. Es kann demzufolge auch nicht austreten und das Fördergut kontaminieren. Die Motoren laufen zudem kühl. Das ist auch gut so, denn eine Erwärmung kann die Proliferationsrate von Bakterien exponentiell erhöhen. Insofern ist jedes Grad, das gespart werden kann wichtig für die Lebensmittelsicherheit – ganz abgesehen von den Kosteneinsparungen bei der Primärenergie für den Antrieb und der Sekundärenergie für die Kühlung in der Produktion. Und die Leistungsdichte ist so hoch, dass man die bislang vielen in Einsatz befindlichen Varianten auf wenige standardisieren kann. Die Konstruktion wird leichter. Gleiches gilt für die Ersatzteilelogistik und deren Sicherheitsbestände, was letztlich auch Kapital freisetzt – sowohl beim OEM als auch beim Betreiber.

Wie ist es aber möglich, dass Synchron-Motoren so deutlich effizienter sind, als Asynchron-Motoren? Das liegt an dem unterschiedlichen Wirkungsgrad der Asynchron- und Synchron-Technologie. Dieser ergibt sich im Wesentlichen aus dem Schlupf des Asynchron-Motors, den es bei Synchron-Motoren nicht gibt. Beim Asynchronmotor muss das Drehfeld des Rotors (Läufers) erst induziert werden, während es beim Synchron-Motor bereits auf Basis von Magneten vorhanden ist. Infolge wird ein Läuferwirkungsgrad von 100% erreicht. Die Rotoren von Asynchronmotoren sind im Vergleich um rund 1,2% bis 10% weniger effizient. Und je kleiner sie sind, desto größer sind die Schlupfwerte und desto schlechter ist auch der Wirkungsgrad. Zusammen mit weiteren Ineffizienzen – wie höhere Stromwärmeverluste in der Wicklung und im Rotorkäfig sowie Ummagnetisierungs- und Wirbelstromverluste (auch zusammengefasst Eisenverluste genannt) – summiert sich die Verlustleistung der Asynchron-Technologie schnell auf Werte, die um das 3- bis 9-fache höher liegen als bei der Synchron-Technologie. Mit zunehmender Bedeutung des Energieverbrauchs und steigenden CO2-Abgaben führt damit kein Weg an der Synchron-Motortechnologie vorbei.