Boge hat einige seiner Schraubenkompressoren nun mit Permanentmagnetmotoren ausgestattet. Dadurch möchte man den Wirkungsgrad erhöhen und den Energieverbrauch senken.

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Energie sparen, Liefermenge steigern So wird die Effizienz von Schraubenkompressoren erhöht

16.05.2022

Ein höherer Wirkungsgrad und reduzierter Energieverbrauch – in nahezu jeder Druckluftanwendung spielt die Steigerung der Effizienz eine große Rolle, so auch im kleinen Leistungsbereich bis 11 kW. Daher hat ein Hersteller einige seiner Schraubenkompressoren nun mit Permanentmagnetmotoren ausgestattet. Selbst bei stark schwankendem Druckluftbedarf liefern die Systeme zuverlässig Druckluft von hoher Qualität.

Permanentmagnetmotoren haben sich vor allem in der Automobilindustrie mittlerweile fest etabliert. Doch auch in der Druckluftbranche gewinnen sie zunehmend an Bedeutung, da sie deutliche Steigerungen der Effizienz ermöglichen. Dies hat mehrere Gründe. Im Vergleich zu herkömmlichen Drehstrom-Asynchronmotoren fließt im Rotor von Permanentmagnetmotoren kein Strom. Es wird keine Energie benötigt, um ein Magnetfeld zu erzeugen, da dieses dauerhaft zur Verfügung steht. Daher entstehen quasi keine Energieverluste, was zu verbesserten Wirkungsgraden führt.

Vorteilhafte Kombination

Vor allem Kompressoren mit Direktantrieb eignen sich für den Einsatz von Permanentmagnetmotoren. Beim häufigen Wechsel von niedrigen und hohen Drehzahlen spielt der Motor seine Vorteile aus. Dabei ermöglichen die Kompressoren mit variabler Drehzahl eine individuelle Regelung der Liefermengen und damit eine optimale Anpassung an die jeweilige Anforderung. Kompressoren, die mit einer konstanten Drehzahl betrieben werden und somit eine feste Druckluftmenge produzieren, eignen sich nicht für den Einsatz von Permanentmagnetmotoren.

Daher hat sich Boge zunächst auf den Leistungsbereich von 5,5 bis 11 kW seiner frequenzgeregelten Schraubenkompressoren mit Direktantrieb fokussiert. In dieser Leistungsklasse ersetzte der Druckluftexperte die Asynchronmotoren durch Permanentmagnetmotoren und stellte in zahlreichen Untersuchungen sowie Feldtests besonders wirksame Effekte auf Effizienz und Regelbereich fest.

Großer Regelbereich

Zusätzlich zum reduzierten Energieverbrauch spricht die Steigerung der Liefermenge für Permanentmagnetmotoren. Der im Vergleich zu Asynchronmotoren bessere Wirkungsgrad sorgt bei gleichbleibender Leistungsaufnahme für eine höhere Leistungserzeugung an der Motorwelle. Diese Leistungssteigerung kann der Verdichter anschließend in zusätzliche Liefermenge umsetzen. Dabei deckt der Kompressor selbst extreme Abnahmeschwankungen ab. Bei geringem Druckluftbedarf geht der Kompressor somit nicht in den Leerlauf, um dann im nächsten Moment wieder in den Volllastbetrieb zu wechseln.

Indem dieser Lastwechsel vermieden wird, reduziert sich der Verschleiß an den entsprechenden Bauteilen. Auch lässt sich der Energieverbrauch weiter senken, da ineffiziente Leerlaufzeiten vermieden werden können. Der Kompressor verbraucht somit nur dann Energie, wenn tatsächlich Druckluft benötigt wird. Aufgrund des großen Regelbereichs liefert der Kompressor sowohl bei kleinen als auch großen Abnahmemengen zuverlässig Druckluft. Die Auswahl der geeigneten Verdichterstufe mit passendem Drehzahlbereich in Verbindung mit einem regelbaren Permanentmagnetmotor führt beispielsweise bei dem Boge Schraubenkompressor C14 PM mit einer Motorleistung von 11 kW zu einem Regelbereich von 17 bis 100 Prozent.

Kompakte Bauweise bleibt

Der Einsatz des Permanentmagnetmotors geht nicht zu Lasten der Kompaktheit. So wurde das ursprüngliche Gehäusekonzept des Schraubenkompressors beibehalten. Motor und Verdichtereinheit sind nach wie vor räumlich voneinander getrennt. „Dieses Konzept hat sich sehr bewährt“, sagt Frank Hilbrink, Produktmanager bei Boge. „Denn der Aufbau des Kompressors vereinfacht die Wartung erheblich.“ Motor und Verdichterstufe können einzeln gewartet werden. Eventuell vorzunehmende Reparaturarbeiten und der Austausch eines Bauteils erfolgen so unkompliziert und schnell, ohne dass gleich der gesamte Antriebsstrang ersetzt werden muss. Dabei unterstützt der leichte Zugang zu den einzelnen Komponenten bei der Wartung. Schalldämmpaneele lassen sich einfach abnehmen, und auch ein Filterwechsel erfolgt ohne lange
Rüstzeiten.

Hohe Zuverlässigkeit

Die direkt angetriebenen Schraubenkompressoren sind generell äußerst robust und wartungsarm. Sie zeichnen sich durch eine hohe Verfügbarkeit aus und sorgen für einen zuverlässigen Betrieb. Im Vergleich zu direkt angetriebenen Kompressoren muss ein Kompressor mit Riemenantrieb häufiger gewartet werden und fällt für die Zeit der Wartung aus. Das verursacht zusätzliche Kosten.

Darüber hinaus ist der Riemen anfällig für Staub und verschmutzte Umgebungsluft. So entsteht eine unerwünschte Reibung zwischen Riemenscheibe und Riemen, was zu einem zusätzlichen Verschleiß führt. Mit der durch den Riemen erzeugten Spannung wirken Kräfte auf Motor und Verdichterstufe, die zu einer Verringerung der Lebensdauer von Lager und Welle beitragen können.

Die neuen Modelle der C-Baureihe mit Permanentmagnetmotor arbeiten nicht nur gewohnt zuverlässig, sondern auch leise. Der Schalldruckpegel der Verdichterstufe wird durch Bauteile aus Lamellengraphitguss effektiv gedämmt. Eine zusätzliche Umlenkung der Kühlluft sorgt für eine weitere Geräuschreduzierung. Der Schalldruckpegel lässt sich darüber hinaus durch die optional verfügbare Superschalldämmung um weitere 3 dB(A) senken. Erreicht wird dies durch den Einbau zusätzlicher Schalldämmkulissen im Eintritts- und Austrittsbereich der
Kühlluft.

Optimale Anpassung

Die Schraubenkompressoren der C-Baureihe mit Permanentmotor sind mit unterschiedlichen Steuerungen verfügbar. Schon die standardmäßig erhältliche Steuerung base control ermöglicht einen autarken Betrieb als komplette Druckluftstation. Mit der optional wählbaren focus control 2.0 lassen sich bis zu vier Kompressoren einbinden. Die Steuerung übernimmt die Anlagenüberwachung und bietet eine flexible und komfortable Anpassung an Situation und Bedarf vor Ort.

Weitere Tests laufen bereits

„Angespornt durch die guten Ergebnisse hinsichtlich Effizienz und Wirkungsgrad im niedrigen Leistungsbereich werden wir uns künftig auch mit weiteren Leistungsbereichen befassen“, so Frank Hilbrink. „Derzeit laufen bereits Tests mit anderen Baureihen, um so Kunden noch ein größeres Portfolio an Kompressoren mit Permanentmagnetmotoren anbieten zu können.“ So plant der Druckluftexperte die Vorteile der Kombination aus effizientem Motor und intelligenter Kompressortechnologie umfangreich auszuschöpfen, um die Qualitätsansprüche unterschiedlicher Branchen weiterhin optimal erfüllen zu können.

Bildergalerie

  • Statt auf Asynchronmotoren setzt Boge in der Leistungsklasse 5,5 bis 11 kW auf Permanentmagnetmotoren.

    Bild: Boge

  • Der Einsatz des Permanentmagnetmotors geht nicht zu Lasten der Kompaktheit – das ursprüngliche Gehäusekonzept des Kompressors wurde beibehalten.

    Bild: Boge

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