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Fertigungsautomatisierung 4 | 18

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Direktantrieb von Kühltürmen vermeidet Getriebeausfälle

Die Wartung und der Ausfall des Getriebes von Kühlturmlüftern sind häufige Probleme bei herkömmlichen Systemen. Ein Motor-Antriebspaket für Kühltürme von ABB beseitigt diese Probleme.

Kühltürme werden in der Lebensmittelherstellung weltweit eingesetzt. Was passiert aber, wenn Lüfter in Kühltürmen ausfallen oder gewartet werden müssen? Bei Anlagen zur Herstellung von Lebensmitteln und Getränken geht es in diesem Fall um mehr als den Produktionsausfall oder das Warten auf Ersatzteile und die damit verbundenen Kosten. Es könnte bedeuten, dass die zur Lebensmittelherstellung benötigten Rohstoffe verderben. Ein herkömmliches Antriebssystem für Kühlturmlüfter besteht aus einem AC-Motor, einem Getriebe, Stehlagern und Wellenkupplungen, um den benötigten Luftstrom zu erzeugen. Bei jeder dieser mechanischen Komponenten besteht das Risiko eines Ausfalls durch den täglichen Einsatz in einer extremen Umgebung. Koppelt man hingegen einen umrichtergeregelten Permanentmagnetmotor direkt an den Lüfter, werden die gesamten mechanischen Vorrichtungen nicht benötigt. ABB bietet eine entsprechende Lösung für den Direktantrieb von Kühltürmen. Der Lüfter wird direkt mit dem Motor gekoppelt und von einem Frequenzumrichter geregelt. Durch den Wegfall des Getriebes erhöht sich der Wirkungsgrad; die Antriebskraft des Motors wird nahezu verlustfrei auf den Lüfter übertragen. Mit dem Motor-Antriebspaket von ABB entfallen die Probleme, die mit herkömmlichen Getrieben oder Riementrieblösungen verbunden sind. Zudem senkt das Paket die Kosten, den Wartungsaufwand und den Energieverbrauch. Da kein Getriebe und kein Antriebsstrang benötigt werden, verringert sich der Lärm, der von dem Kühlturm ausgeht, signifikant.

Durch den Wegfall des Getriebes erhöht sich der Wirkungsgrad; die Antriebskraft des Motors wird nahezu verlustfrei auf den Lüfter übertragen.

Präzise Lüfterregelung
Das Motor-Antriebspaket für Kühltürme besteht aus einem Permanentmagnetmotor und einem Industrial Drive ACS880 von ABB. Der Frequenzumrichter sorgt für einen optimalen Drehzahlsollwert und verfügt über eine Anti-Windmühlen-Funktion: Er regelt den Ladestrom zum Motor, damit der Lüfter vor „Windmilling“ geschützt ist, also nicht dreht, wenn er nicht in Betrieb ist. Die Motor-Antriebskombination gewährleistet eine präzise Lüfterregelung – selbst unter geringer Last oder bei niedrigen Drehzahlverhältnissen, wie sie in Kühlturmanwendungen häufig vorkommen. Die Regelung mithilfe eines modernen ABB Frequenzumrichters nutzt die Möglichkeiten der Digitalisierung, beispielsweise das Remote Condition Monitoring, um zusätzlichen Mehrwert für die Anwendung zu generieren.

Spezieller Motor
Der RPM-AC-Permanentmagnetmotor von ABB hat ein hohes Leistungs- Drehmomentdichte- Verhältnis. Dieses ist erforderlich, um die anhaltend niedrigen Drehzahlen für den Kühlturmbetrieb zu erreichen. Der Motor ist für die heiße und feuchte Betriebsumgebung des Kühlturms ausgelegt. Eine Labyrinthdichtung und ein Schleuderring verhindern das Eindringen von Wasser am Wellenlager; Kondenswasserabläufe leiten eventuell im Motor entstehende Feuchtigkeit ab. Die elektrische Anlage wird in einem Vakuumdruck-Imprägnierungsprozess hergestellt, der selbst bei extremen Bedingungen eine lange Lebensdauer des Motors sicherstellt. Für Industrial Drives in Kühlturmanwendungen bietet ABB darüber hinaus ein einsatzfertiges Kühlturmregelungsprogramm mit applikationsspezifischen Funktionen an. Es bildet die Grundlage für das Motor-Frequenzumrichter-Paket.

Das Motor-Antriebspaket für Kühltürme besteht aus einem Permanentmagnetmotor und einem Industrial Drive ACS880.

Hohes Einsparpotenzial
Beispiele aus der Praxis belegen das hohe Einsparpotenzial der ABB-Lösung. Bei einem lebensmittelproduzierenden Betrieb mit herkömmlichem Kühlturmsystem gab es erhebliche Probleme, unter anderem wiederholte Getriebeausfälle, Ölleckagen, verstellte oder versagende Antriebswellen und starke Vibrationen. Daher wurde im Mai 2011 an einem der fünf Lüfter des Kühlturms ein frequenzumrichtergeregelter RPM-AC-Permanentmagnetmotor installiert und sein Energieverbrauch über einen Zeitraum von fünf Jahren mit dem des herkömmlichen Asynchronmotors verglichen. Mit dem drehzahlgeregelten 16-kW Direktantriebsmotor konnten im Vergleich zum konventionellen 45-kW-Kühlturmmotor jährlich 38.855 US-Dollar eingespart werden. Die enorme Summe resultiert aus dem geringeren Energieverbrauch, dem Wegfall der Wartungskosten und einer bis zu fünfmal längeren Lebensdauer des Getriebes.

Positive TCO
Die Merkmale des ABB-Antriebspakets wirken sich auch positiv auf die Total Cost of Ownership (TCO) aus. Da Getriebe, Getriebekühlung, Antriebswelle, Kupplung und Lager entfallen, sinkt der Wartungsaufwand um bis zu 90 %. Die Energieeffizienz erhöht der Direktantriebsmotor je nach Betrieb um mindestens 20 %. Der Sanftanlauf des Frequenzumrichters belastet die Anlagen in deutlich geringerem Maße und spart gleichzeitig Energie.