Druckluft ist eines der wichtigsten Betriebsmedien in der Industrie. Sie versorgt Maschinen, Fertigungslinien und Druckluftwerkzeuge, weshalb die Kosten für ihre Erzeugung für den gesamten Betrieb von Bedeutung sind. Immer häufiger kommen Schraubenkompressoren mit PM-Motor zum Einsatz, insbesondere in Anlagen mit schwankendem Luftbedarf.
Druckluft ist eines der grundlegenden Arbeitsmedien in der Industrie. Sie versorgt Maschinen, Produktionslinien und Druckluftwerkzeuge, weshalb die Kosten für ihre Erzeugung für den gesamten Betrieb von Bedeutung sind. Schraubenkompressoren mit PM-Motor kommen immer häufiger zum Einsatz, insbesondere in Anlagen mit schwankendem Luftbedarf.
Ein PM-Motor kann zwar dazu beitragen, den Energieverbrauch zu senken, ist jedoch keine alleinige Garantie für Einsparungen. Der Effekt hängt auch von der verwendeten Schraubenstufe, der Frequenzumrichtersteuerung, dem tatsächlichen Luftverbrauchsprofil, dem Betriebsdruck, der Dichtheit der Anlage sowie der richtigen Auswahl des Geräts ab.
Was ist ein PM-Motor?
PM ist die Abkürzung für „Permanent Magnet“, also Permanentmagnet. Bei einem PM-Motor wird das Magnetfeld des Rotors durch Permanentmagnete erzeugt und nicht, wie bei einem typischen Induktionsmotor, durch im Rotorkäfig induzierte Ströme. Die Reduzierung der Verluste im Rotor kann den Wirkungsgrad des gesamten Antriebs verbessern.
In Schraubenkompressoren werden PM-Motoren in der Regel mit einem elektronischen Steuerungssystem kombiniert. Diese Konfiguration ermöglicht eine präzise Steuerung von Drehzahl und Drehmoment, was insbesondere beim Betrieb außerhalb des Volllastpunkts von Bedeutung ist.
Nicht jeder PM-Motor weist denselben Aufbau oder dieselben Parameter auf. Beim Vergleich der Geräte sollten die Daten des gesamten Kompressors analysiert werden und nicht nur der im Katalog angegebene Motortyp.
Wie funktioniert ein PM-Motor in einem Schraubenkompressor?
In einem Schraubenkompressor treibt der Motor die Schraubenstufe an. Zwei Rotoren drehen sich relativ zueinander, und die angesaugte Luft wird nach und nach in Arbeitsräume mit immer kleinerem Volumen eingeschlossen. Dadurch steigt der Druck, und die komprimierte Luft wird weiter in die Anlage, den Speicher, den Trockner oder das Aufbereitungssystem geleitet.
Der PM-Motor ist für die Bereitstellung des Drehmoments für die Schraubenstufe zuständig. Je nach Bauart des Kompressors kann der Antrieb direkt oder über ein Getriebe mit der Schraubenstufe verbunden sein. Verwendet der Hersteller einen Direktantrieb, lassen sich ein Teil der mechanischen Verluste durch die zusätzliche Kraftübertragung reduzieren, doch dies ist nicht bei jedem Kompressor mit PM-Motor der Fall.
In der Praxis sind für den Anwender drei Parameter entscheidend: die bei dem erforderlichen Druck gelieferte Luftmenge, die Leistungsaufnahme sowie die Fähigkeit des Geräts, bei schwankendem Bedarf stabil zu arbeiten.
Woher kommt das Energieeinsparpotenzial?
Ein PM-Motor kann sich über einen breiten Betriebsbereich hinweg durch einen hohen Wirkungsgrad auszeichnen. Das bedeutet, dass ein größerer Teil der elektrischen Energie für den Antrieb des Kompressors genutzt werden kann und weniger Energie in Form von Wärme im Motor selbst verloren geht.
Von größter Bedeutung ist jedoch die Betriebsweise der gesamten Anlage. In vielen Betrieben schwankt der Druckluftbedarf im Laufe des Tages: Er ist beim Anfahren der Produktionslinie anders als in den Pausen und wiederum anders beim Betrieb einzelner Werkzeuge. Ein Kompressor, der seine Drehzahl drosseln kann, anstatt lange im Leerlauf oder im gedrosselten Betrieb zu arbeiten, kann die Luftproduktion besser an den aktuellen Verbrauch anpassen.
Zu den potenziellen Vorteilen eines PM-Antriebs und einer Drehzahlregelung gehören:
- Reduzierung der Energieverluste im Antrieb;
- bessere Energienutzung bei Teillast;
- geringeres Risiko langer Leerlaufzeiten bei sinkendem Bedarf;
- stabilere Aufrechterhaltung des Soll-Drucks;
- einfachere Anpassung der Leistung an ein schwankendes Verbrauchsprofil.
Einsparungen sollten nicht anhand eines einzigen Parameters oder eines beworbenen Prozentsatzes bewertet werden. Sie erfordern einen Vergleich des Energieverbrauchs des gesamten Systems unter realen Betriebsbedingungen.
PM-Motor und Frequenzumrichter – wann ist diese Kombination sinnvoll?
Ein Frequenzumrichter, auch Wechselrichter genannt, regelt die Drehzahl des Motors. Bei einem Schraubenkompressor ermöglicht dies eine Anpassung der Kompressorleistung an den aktuellen Luftbedarf.
Die Kombination aus PM-Motor und Frequenzumrichter kann besonders vorteilhaft sein, wenn:
- sich der Druckluftbedarf im Laufe einer Schicht deutlich ändert;
- die Anlage zeitweise Spitzen im Luftverbrauch aufweist, aber nicht ständig die volle Leistung benötigt;
- es wichtig ist, den Druck so stabil wie möglich zu halten;
- das Unternehmen den Langzeitbetrieb des Kompressors bei geringer Auslastung reduzieren möchte;
- das System auf Dichtheit, Druckverluste und die richtige Dimensionierung der Leitungen geprüft wurde.
Nicht jede Anlage benötigt einen einzigen Kompressor mit variabler Drehzahl. In größeren Kompressorräumen ist häufig eine Kombination aus mehreren Geräten eine effektive Lösung: Ein Kompressor mit regelbarer Drehzahl deckt den variablen Teil des Bedarfs ab, während Kompressoren mit konstanter Drehzahl die stabile Grundlast bedienen. Die Auswahl eines solchen Systems sollte auf der Grundlage von Messungen des Luftverbrauchs erfolgen.
PM-Motor vs. herkömmlicher Induktionsmotor
| Kriterium | PM-Motor | Induktionsmotor |
|---|---|---|
| Erzeugung des Rotorfeldes | Permanismagnete | Elektromagnetische Induktion im Rotor |
| Verluste im Rotor | Können geringer sein | Es treten Verluste durch Rotorströme auf |
| Betrieb mit variabler Drehzahl | Wird häufig mit einer speziellen Steuerung eingesetzt | Mit einem Frequenzumrichter möglich, je nach Motor und Anwendung |
| Wirkungsgrad bei Teillast | Kann in einem entsprechend ausgelegten System von Vorteil sein | Hängt von der Bauart des Motors und der Steuerung ab |
| Das Wichtigste beim Kauf | Wirkungsgrad des gesamten Kompressors und Übereinstimmung mit dem Lastprofil | Wirkungsgrad des gesamten Kompressors und Übereinstimmung mit dem Verbrauchsprofil |
Der Induktionsmotor ist nach wie vor eine bewährte Lösung in vielen Industriekompressoren. Die Wahl zwischen ihm und einem PM-Motor sollte auf einer Analyse der gesamten Anlage basieren, vor allem darauf, wie die Druckluftanlage tatsächlich arbeitet.
Wie wählt man einen Schraubenkompressor mit PM-Motor aus?
Die Auswahl sollte mit der Ermittlung der Anforderungen der Anlage beginnen und nicht mit der Motorleistung allein. Es empfiehlt sich, Daten zum tatsächlichen Luftverbrauch, zum erforderlichen Druck, zur Anzahl der Verbraucher, zur Betriebszeit sowie zur vom Prozess geforderten Luftqualität zu erheben.
1. Messen oder schätzen Sie den Luftbedarf
Berücksichtigen Sie den Durchfluss aller Verbraucher, deren Gleichzeitigkeitsfaktor und die Schwankungen des Verbrauchs im Tagesverlauf. Bei größeren Anlagen liefert eine Messung von Durchfluss und Druck über einen repräsentativen Betriebszeitraum das zuverlässigste Bild.
2. Vergleichen Sie die effektive Leistung bei dem erforderlichen Druck
Vergleichen Sie Geräte nicht ausschließlich anhand des Hubvolumens oder der Motorleistung. Prüfen Sie die bei einem bestimmten Betriebsdruck gelieferte Leistung sowie die Leistungsaufnahme an den entsprechenden Betriebspunkten.
3. Bewerten Sie das Lastprofil
Wenn die Anlage fast ständig auf einem ähnlichen Niveau läuft, kann ein Kompressor mit konstanter Drehzahl die richtige Wahl sein. Bei stark schwankender Last kann ein PM-Antrieb mit Frequenzumrichter die Energie besser nutzen – vorausgesetzt, er ist richtig ausgewählt.
4. Überprüfen Sie die gesamte Anlage, nicht nur den Kompressor
Undichtigkeiten, ein zu hoher Sollwert, verstopfte Filter, ungeeignete Leitungsdurchmesser und fehlende Luftaufbereitung können die Kosten unabhängig vom Motortyp in die Höhe treiben. Selbst der beste Kompressor kann Probleme in der Anlage nicht ausgleichen.
5. Berücksichtigen Sie Wartung und Betriebsbedingungen
Prüfen Sie den Wartungsplan, die Verfügbarkeit von Verbrauchsmaterialien, die Anforderungen an die Belüftung des Kompressorraums, den vom Hersteller angegebenen Geräuschpegel sowie die Möglichkeiten zur Überwachung des Betriebs.
Anschaffungskosten versus Gesamtbetriebskosten
Ein Schraubenkompressor mit PM-Motor und Frequenzumrichterregelung kann einen höheren Anschaffungspreis haben als ein einfacheres Modell. Bei der Entscheidung lohnt es sich, die Gesamtbetriebskosten zu vergleichen, die Strom, Wartung, Verschleißteile, Ausfallzeiten, die Qualität der Druckluft und die voraussichtliche Betriebszeit umfassen.
Die Wirtschaftlichkeit hängt von der Anzahl der Betriebsstunden, dem Strompreis, den Schwankungen im Stromverbrauch sowie davon ab, ob das Gerät richtig ausgewählt wurde. Die Amortisationszeit sollte für die jeweilige Anlage auf der Grundlage von Messungen und überprüfbaren Annahmen berechnet werden.
FAQ – Häufig gestellte Fragen
Was bedeutet „PM“ bei einem Kompressormotor?
PM steht für „Permanent Magnet“, also Permanentmagnet. In einem PM-Motor nutzt der Rotor Permanentmagnete zur Erzeugung eines Magnetfelds.
Verbraucht ein Schraubenkompressor mit PM-Motor immer weniger Energie?
Nicht immer. Er kann sehr effizient sein, insbesondere in Verbindung mit einem Frequenzumrichter und bei variablem Luftbedarf, aber der tatsächliche Verbrauch hängt vom gesamten Kompressor und der Anlage ab.
Ist ein PM-Motor für den Dauerbetrieb geeignet?
Das hängt von der Konstruktion des jeweiligen Kompressors, seinem Betriebszyklus und den Betriebsbedingungen ab. Halten Sie sich an die technischen Daten und Empfehlungen des Herstellers.
Ist ein Schraubenkompressor besser als ein Kolbenkompressor?
Es gibt keine allgemeingültige Antwort für alle Anwendungen. Kolbenkompressoren bewähren sich oft im periodischen Betrieb, während Schraubenkompressoren üblicherweise dort eingesetzt werden, wo eine stabile Versorgung und längere Laufzeiten erforderlich sind.
Wie wählt man die Motorleistung eines Kompressors aus?
Die Leistung ergibt sich aus dem erforderlichen Durchfluss, dem Druck, der Verdichtungstechnologie und dem Wirkungsgrad des Geräts. Bestimmen Sie zunächst den Druckluftbedarf der Anlage und vergleichen Sie anschließend Komplettlösungen am erforderlichen Betriebspunkt.
Zusammenfassung
Der PM-Motor in einem Schraubenkompressor nutzt Permanentmagnete und kann Antriebsverluste reduzieren. Das größte Einsparpotenzial ergibt sich jedoch erst dann, wenn der gesamte Kompressor richtig ausgewählt ist und die Drehzahlregelung dem tatsächlichen Druckluftverbrauchsprofil entspricht.
Vor dem Kauf sollten Sie den Wirkungsgrad, die Leistungsaufnahme, die Betriebsbedingungen, die Dichtheit der Anlage sowie die Anforderungen an die Luftqualität bewerten. Nur so lassen sich die tatsächlichen Betriebskosten vergleichen und die für Ihren Betrieb geeignete Lösung auswählen.
