In der ständigen Suche nach Verbesserung und Innovation hat Ludwig Meister bei der spannenden Aufgabe teilgenommen, die Lüftungsanlagen eines renommierten deutschen Automobilherstellers auf den neuesten Stand der Technik zu bringen. Dieses Projekt umfasste mehrere Komponenten: die Steigerung der Energieeffizienz, die Verbesserung der Betriebssicherheit und die Verlängerung der Lebensdauer der Anlagen. Zudem lag ein wesentlicher Fokus auf der Reduktion von Emissionen und der kontinuierlichen Überwachung der kritischen Anlagenteile.

In diesem Beitrag wollen wir zeigen, an welchen Punkten man Verbesserungen bestehender Anlagen erzielen kann.

Bei unserem Rundumblick für das System Lüftungsanlagen beschränken wir uns auf Ansatzpunkte in der Antriebseinheit. Hierzu sei erwähnt, dass mit der Optimierung von Luftmengen, Laufzeiten oder Druckverlusten meist noch deutlich höhere Energieeinsparungen erreicht werden können.

Folgende Abbildung zeigt die auftretenden Verluste der eingebrachten elektrischen Energie (100%) in einem Motor-/Ventilator-System

Erneuerung der Elektromotoren: Ein Kernpunkt der Energieeffizienz

Den größten Effekt auf die Energieeffizienz der Antriebseinheit hat der Elektromotor. In den letzten Jahren hat sich technologisch viel getan. Viele ältere Motoren, die noch im Einsatz sind, erreichen nicht annähernd die Effizienz neuer Modelle. Heute geltende Wirkungsgradklassen reichen von Standard-Wirkungsgradklassen (IE1) bis hin zu Ultra Premium (IE5), die über 97% Wirkungsgrad erreichen.
Wenn der Motor vor 2009 hergestellt wurde, wird man keine Effizienzklassifizierung gemäß den heutigen Standards finden, da die weltweit gültige Norm für Effizienzklassen (EN 60034-30:2009) erst danach eingeführt wurde. Ein solch alter Motor entspricht wahrscheinlich nicht einer höheren Effizienzklasse als IE2. Sollten weder Effizienzklasse noch Wirkungsgrad bekannt sein, lassen sich Asynchronmotoren anhand ihres Herstellungsjahres auch grob den Energieeffizienzklassen zuordnen, wie die folgende Tabelle zeigt.

Asynchronmotoren

Die in Lüftungsanlagen heute noch am häufigsten angetroffenen Motoren sind vom Typ Asynchronmotor. Deren Wirkungsgrade sind mit den Energieeffizienzklassen IE1 bis IE4 standardisiert. Durch die lange Lebensdauer der Motoren rentieren grundsätzlich immer die effizientesten Motoren. Diese Motoren, die auf der Wechselstromfrequenz basieren, bieten erhebliches Einsparpotential, besonders wenn sie durch moderne Frequenzumrichter (FU) ergänzt werden. Ein FU ermöglicht es, die Motorleistung genau auf den aktuellen Bedarf abzustimmen, was den Energieverbrauch drastisch reduziert.

Frequenzumrichter: Flexibilität und Effizienz

Frequenzumrichter sind entscheidend für die Anpassung der Motorleistung an schwankende Lastbedingungen und spielen eine zentrale Rolle in der Energieeffizienzstrategie. Sie ermöglichen nicht nur eine präzise Steuerung der Motorleistung, sondern vermeiden auch die ineffiziente Überdimensionierung der Motoren. Sowohl beim Motor als auch beim FU sinkt der Wirkungsgrad in Teillast. FU sollten daher nicht dafür verwendet werden, einen überdimensionierten Motor konstant auf Teillast zu fahren.

Wälzlagerempfehlung:

Durch den Einsatz von FU können unerwünschte Lagerströme in den elektrischen Motoren entstehen, welche zu Lagerschäden und vorzeitigen Ausfällen führen können.

Abhilfe schaffen hier stromisolierte Lager (Hybrid-, Keramik- und isolierte Lager), die durch FU verursachte Lagerströme verhindern.

Weiter Informationen dazu finden Sie in unserem Video-Blogbeitrag 
Lagerschäden in Elektromotoren:

Synchronmotoren: Die nächste Generation

Eine besondere Rolle in der Entwicklung von Elektromotoren der letzten Jahre hinsichtlich deren Energieeffizienz nehmen dabei Synchronreluktanzmotoren ein, die besonders im Teillastbereich hocheffizient arbeiten. Diese Motoren neuester Generation erreichen die IEC-Effizienzklasse IE5, also mit dem Wirkungsgrad Ultra-Premium, was bis zu 40 Prozent geringeren Energieverlusten gegenüber IE3-Motoren sowie 20 Prozent geringeren Verlusten verglichen mit IE4-Motoren entspricht.

Ein weiterer herausragender Vorteil der Synchronmotoren ist ihr nahezu gleichbleibend hoher Wirkungsgrad über ein breites Spektrum an Drehzahlen. Selbst bei niedrigeren Drehzahlen bleibt der Wirkungsgrad häufig weit über 90%, während bei einem Asynchronmotor mit vergleichbarer Leistung der Wirkungsgrad in solchen Bereichen oftmals auf unter 80% sinkt.

Zur wirtschaftlichen Nachhaltigkeit tragen die niedrigeren Lagertemperaturen und die verlängerte Lebensdauer der Lager bei. Die Synchronmotoren-Technologie bietet bis zu 30 °C niedrigere Wicklungstemperaturen und 15 °C kühlere Lagertemperaturen, was sowohl die Lebensdauer der Isolierung und Lager verlängert als auch längere Schmierintervalle ermöglicht. Da etwa 70% der Motorausfälle auf Lagerschäden zurückzuführen sind, sind kühlere Lagertemperaturen von großer Bedeutung.

Wälzlagerempfehlung:

In Elektromotoren empfehlen wir den Einsatz von Lagern mit erhöhter Lagerluft C3 mit GJN-Hochtemperaturfett, um die temperaturbedingten Lagerluftunterschiede zwischen Betrieb und Stillstand auszugleichen.

Weiter Informationen dazu finden Sie in unserem Video-Blogbeitrag 
Lagerluft bei Wälzlagern:

Riementriebe: Optimierung der mechanischen Komponenten

Neben der Optimierung der Motoren kann auch eine verbesserte Kraftübertragung auf den Ventilator erhebliche Energie- und Kosteneinsparungen bringen. Traditionell werden hier Keilriemenantriebe verwendet, doch der Wechsel zu modernen Zahnriemen kann durch den geringeren Energieverbrauch und Wartungsaufwand sinnvoll sein. Ob sich die anfänglich höheren Kosten für Zahnriemen durch die Energieeinsparungen amortisieren, sollte sorgfältig geprüft werden, was oft erst bei größeren Anlagen zutrifft.

Weitere Überlegungen, die in Betracht gezogen werden sollten, umfassen:

• In welchem Drehzahlbereich arbeitet der Motor am effizientesten? Lässt sich die Riementriebübersetzung anpassen, um den optimalen Bereich zu erreichen?
• Größere Riemenscheiben reduzieren die Biegebeanspruchung und erhöhen den Wirkungsgrad.
• Flankenoffene Riemen mit Formverzahnung ermöglichen kleinere Biegeradien.
• Wartungskosten lassen sich durch wartungsfreie Hochleistungskeilriemen auf das Niveau von Zahnriemen senken.

Weitere Informationen finden sich in unserem Video-Blogartikel
Keilriemen vs. Zahnriemen:

Direktantrieb

Der Direktantrieb sorgt für eine kompakte und effiziente Konstruktion des Ventilators. Das Laufrad ist direkt auf der Motorwelle montiert, wodurch keine zusätzliche Zwischenwelle benötigt wird. Diese Bauweise reduziert den Wartungsaufwand erheblich und ermöglicht eine effiziente Kraftübertragung. Der Motor und das Gehäuse stehen sicher auf vier Füßen oder einem speziellen Gestell.

Wenn Sie bereit sind, eine größere Umgestaltung vorzunehmen, und eine platzsparende Lösung mit geringem Wartungsaufwand bevorzugen, ist ein Radialventilator mit Direktantrieb – also einer direkten Verbindung zwischen Motor und Laufrad – die ideale Wahl.

Zustandsüberwachung und automatisierte Schmierung bei Lüfteranlagen

Zur Verlängerung der Lebensdauer und zur Reduktion der Betriebskosten haben wir moderne Überwachungssysteme und automatische Schmierstoffgeber integriert. Diese Technologien sorgen für eine gleichmäßige Schmierung und ermöglichen eine präzise Überwachung des Anlagenzustandes, was zu einer deutlichen Reduktion unerwarteter Stillstände führt.

Automatische Schmierstoffgeber

Die kontinuierliche Schmierstoffversorgung durch automatische Schmierstoffgeber bietet signifikante Vorteile im Vergleich zur manuellen Schmierung, indem sie eine gleichmäßige und kontrollierte Abgabe gewährleistet. Dies reduziert das Risiko einer Über- oder Unterdosierung des Schmierfetts an der Schmierstelle und trägt zur Verlängerung der Lebensdauer bei.

Der perma STAR CONTROL wird über das Anschlusskabel direkt mit Strom aus der Anlage versorgt. Das System gibt den Schmierstoff abhängig von den Betriebsstunden ab, sobald die Maschine in Betrieb ist. Wenn die Maschine nicht läuft, erfolgt keine Schmierung, was unnötige Schmierstoffabgaben verhindert. Zudem kann der Betriebsstatus in ein Störmeldesystem der Anlage integriert und ausgewertet werden.

Instandhaltung proaktiv planen mit Multilog IMx-8

Viele Lüfteranlagen in der Industrie erfüllen eine kritische Rolle für die Produktion. Wenn sie nicht wie gewünscht funktionieren, müssen Produktionsprozesse unterbrochen werden. Ein typisches Beispiel hierfür sind die Lackieranlagen in der Automobilindustrie. Moderne Überwachungssysteme tragen erheblich dazu bei, die Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und Leistung der Maschinen zu verbessern.

Der Kunde wünschte sich eine Fernüberwachung seiner Lüfteranlagen, die er über sein zentrales Produktionsleitsystem von einer Leitstelle auslesen kann. Dadurch können Störmeldungen sofort erkannt und der allgemeine Zustand der Maschinen langfristig überwacht werden. Dies ermöglicht eine frühzeitige Planung von Lagerwechseln und anderen Wartungsarbeiten, was die Verfügbarkeit der Maschinen steigert und die Instandhaltungs- und Reparaturkosten senkt.

Realisiert wurde das mit dem Multilog Online-System IMX8 der SKF, das die erhobenen Daten der an den Lagerstellen installierten Sensoren sammelt, speichert und zur Datenanalyse weiteleitet.

Fazit

Durch diese umfassenden Maßnahmen konnten wir nicht nur die Energieeffizienz und Betriebssicherheit der Lüftungsanlagen des Automobilherstellers erheblich verbessern, sondern auch einen signifikanten Beitrag zur Nachhaltigkeit und Reduktion der Umweltbelastung leisten. Die kontinuierliche Verbesserung und Anpassung an neueste Technologiestandards bleibt der Schlüssel für effiziente und zuverlässige Lüftungsanlagen.