Komplettantrieb Energieeffizienter Synchron-Antriebsstrang für Industrie-Anwendungen

Autor / Redakteur: Thomas Schrag* / Jan Vollmuth

WEG hat einen Komplettantrieb mit einem Synchronmotor als Herzstück entwickelt: Der Antriebsstrang auf Basis eines Permanentmagnetmotors kann exakt auf Kundenbedürfnisse ausgerichtet werden.

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WEG hat einen Komplettantrieb auf Basis eines Permanentmagnetmotors entwickelt. Neben dem Synchronmotor der Württembergischen Elektromotoren GmbH aus Balingen kommen Getriebe der WG20-Reihe und Frequenzumrichter der CFW11-Serie zum Einsatz.
WEG hat einen Komplettantrieb auf Basis eines Permanentmagnetmotors entwickelt. Neben dem Synchronmotor der Württembergischen Elektromotoren GmbH aus Balingen kommen Getriebe der WG20-Reihe und Frequenzumrichter der CFW11-Serie zum Einsatz.
(Bild: WEG)

Ganz auf anspruchsvolle Industrieanwendungen ausgelegt: Das WEG-Tochterunternehmen Württembergische Elektromotoren GmbH aus Balingen hat eine neue Synchronmotorbaureihe mit einer Nennausgangsleistung von 0,15 kW bis 3 kW entwickelt, die standardmäßig mit Drehzahlrückführung ausgestattet ist. Die Motorreihe kann aufgrund ihrer elektrischen Auslegung sowohl im Open-Loop-Betrieb (ohne Rückführung) als auch im Closed-Loop (mit Rückführung) betrieben werden.

Wirkungsgrade größer 90 Prozent

Die neuen vierpoligen Permanentmagnetmotoren übertreffen in allen Betriebsarten – sowohl im Open-Loop- als auch im Closed-Loop-Betrieb – die Effizienzklasse IE4 (Super Premium Efficiency) und erreichen bei Nenndrehmomenten von 1 Nm bis 10 Nm über weite Drehzahlbereiche Wirkungsgrade größer 90 %. Die geforderte Norm für den Bereich der kleinen Antriebe ab 0,12 kW bis 3,0 kW wird somit eingehalten und übertroffen.

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Die Synchronmotoren sind ab Sommer 2018 in den Baugrößen 6 ,7, 8 und 9 erhältlich. Sie zeichnen sich durch sehr gute Drehzahlgenauigkeit und hohe Dynamik aus, die aus der hohen Überlastfähigkeit und dem geringen Eigenmassenträgheitsmoment resultiert. Die Nenndrehmomente liegen je nach Baugröße bei 1,2 Nm, 2,8 Nm, 5 Nm und 10 Nm. Alle Motoren sind um den Faktor 3,5 überlastbar. Je nach Baugröße und optimierter Massenträgheitsanpassung (iopt. = JFremd / J Motor = 1:1) liegen die Beschleunigungszeiten bei 13 ms bis 53 ms.

Deutliche Energiekosteneinsparungen

In konkreten Anwendungsbeispielen wie in der Textilbranche mit 24 Stunden Dauerbetrieb über die ganze Woche oder beim permanenten Betrieb von Pumpen und Dosierpumpen zeigt sich, dass die Verwendung von Synchronmotoren die optimale Lösung darstellt. Dies gilt insbesondere dann, wenn sie über den gesamten Drehzahlbereich mit einem hohen Wirkungsgrad im Dauerbetrieb arbeiten und durch einen Regler angesteuert werden. Der Hauptnachteil von Permanentmagnetmotoren, die höheren Investitionskosten gegenüber der Asynchronmaschine, kann in diesen Fällen durch deutliche Energiekosteneinsparungen bereits nach kurzer Betriebsdauer kompensiert werden.

Die Synchronmotor-Technologie bietet neben einem hohen Strom-Drehmoment- und Drehmoment-Volumen-Verhältnis auch eine kompaktere Bauweise und bessere Dynamik als die Asynchrontechnik. IE4-Permanentmagnetmotoren können bei gleicher Leistung eine Baugröße kleiner ausfallen als Asynchronmotoren. Die Württembergische Elektromotoren GmbH nutzt als Grundlage der Synchronmotoren die standardisierten, vorhandenen Bauteile, mit denen verschiedenste Anwendungsanforderungen abgedeckt werden können. Verschiedene Gehäuseformen und Ausstattungen der neuen Synchronmotorbaureihe sind dabei ebenfalls möglich: Bei der mechanischen Ausführung hat der Anwender beispielsweise die Wahl zwischen unbelüfteten und belüfteten Glattmantelgehäusen sowie gerippten Gehäusen in leichter Aluminiumausführung. Darüber hinaus kann der Synchronmotor vom Klemmenkasten bis hin zum Anschlussstecker dank Baukastensystem individualisiert geliefert werden.

An die Applikation anpassbar

Die Synchronmotorbaureihe ist im Direktanbau ohne Motoradapter mit den WG20-Getrieben des österreichischen Getriebespezialisten Watt Drive aus Markt Piesting kombinierbar, der ebenfalls zur WEG-Gruppe gehört. Durch den Wegfall des Motoradapters werden nicht nur Kosten gespart, auch das Massenträgheitsmoment an der Motorwelle wird nicht weiter erhöht. Die WG20-Reihe ergänzt mir ihren Stirnrad-, Flach- und Kegelstirnradgetrieben die Synchronmotoren ideal. Dank des Ritzelbaukastens sind die WG20-Getriebe einfach für die ideale Untersetzung an die Applikation anpassbar und können aufgrund der optimalen Abstimmung oft zweistufig ausgeführt werden. Die Auslegung wird auch durch das optimale Kosten-Nutzen-Verhältnis (Abstimmung von Motor und Getriebeuntersetzung) bestimmt.

Durch Wegfall einer Getriebestufe können die Gesamtverluste nochmals verringert werden, was zu einer besonders hohen Energieeffizienz führt. Die WG20-Getriebe bieten eine effiziente Kraftübertragung und lassen sich mit Synchronmotoren der Energieeffizienzklasse IE4 zu Antrieben mit hoher Leistungsdichte kombinieren. Ihre marktkonformen Anschlüsse sorgen für weltweite Austauschbarkeit ohne anwenderseitige Maschinenmodifikationen.

Abgestimmter Frequenzumrichter

Als Regler kommt bei dem Synchron-Antrieb der Frequenzumrichter CFW11 zum Einsatz. Er deckt hier die Netzspannungen 220 V bis 480 V (50/60Hz) sowie einen Leistungsbereich bis 3 kW im Normalbetrieb ab. Für den industriellen bzw. professionellen Einsatz konzipiert, tragen die leistungsstarken High-End-Geräte der Baureihe CFW11 gerade als Teil eines Antriebsstrangs zur Prozessoptimierung und Produktivitätssteigerung bei. Der CFW11 bietet hilfreiche und nützliche Funktionen, vor allem hinsichtlich einfacher Konfiguration und Bedienung. Er unterstützt sowohl Spannungsvektorregelung (VVW) als auch U/f-Kennliniensteuerung. Dank der WEG-eigenen Vectrue-Umrichtertechnologie bietet er ein hervorragendes statisches und dynamisches Ansprechverhalten, präzise Drehmoment- und Drehzahlregelung, Positioniergenauigkeit und hohe Überlastkapazität.

Für den Einsatz in sicherheitskritischen Anwendungen hat WEG viele Schutzfunktionen mit Fehler- und Alarmmeldungen sowie eine Sicherheitsabschaltung gemäß EN ISO 13849-1 – sicher abgeschaltetes Drehmoment (STO), Cat. 3/pL d (als Optionsmodul) – in den Umrichter integriert. Das Gehäuse des CFW11 ist in Schutzklasse IP54 erhältlich. Standardmäßig unterstützt der Umrichter die Kommunikationsprotokolle Modbus-RTU (RS232 und RS485), CANopen, Device Net, Profibus-DP/DPV1, Profinet, Modbus-TCP, Ethernet/IP, Ethercat und BACnet.

Individuell kombinierbar

Alle Antriebskomponenten der Synchron-Lösung wurden so ausgelegt, dass diese optimal mechanisch und elektrisch aufeinander abgestimmt und anwendungsspezifisch kombinierbar sind. Anwender erhalten so ein auf ihren Bedarf abgestimmtes Produkt – eine langlebige, homogene Antriebslösung aus einer Hand inklusive gesicherter Service-Wege und kurzer Lieferzeiten. Der komplette Antriebsstrang aus Synchronmotor, WG20-Getriebe und CFW11-Frequenzumrichter kombiniert das Antriebs-Know-how der WEG-Gruppe mit der Motorkompetenz der Württembergische Elektromotoren GmbH, der Entwicklungs- und Fertigungskompetenz von Watt Drive und dem globalen Vertriebs- und Servicenetzwerk von WEG. (jv)

* Thomas Schrag ist Leiter Vertrieb und Produktmanagement bei der Württembergische Elektromotoren GmbH in Balingen, ein Unternehmen der WEG-Gruppe

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