IE4 (Super Premium Efficiency) ist etwas, worüber viele Hersteller sprechen, was aber wenige tatsächlich anbieten. Diese Motoren sind teurer, aber die Marktnachfrage folgt weniger gesetzlichen Vorgaben als rein wirtschaftlichen Erwägungen. Bei kleinen bis mittelgroßen Elektromotoren, die die meiste Zeit nah an der Kapazitätsgrenze laufen, beispielsweise in kontinuierlichen Fertigungsprozessen, überwiegen die eingesparten Energiekosten schnell den zunächst höheren Anschaffungspreis.

Bei Motoren, die die Effizienzklasse IE4 erreichen, so wie die Baureihe PMSM (Permanentmagnet-Synchronmotoren) von Bauer, handelt es sich in der Regel um Permanentmagnet-Konstruktionen, bei denen die Permanentmagneten ihr eigenes konstantes magnetisches Feld aufrechterhalten und für gewöhnlich aus den Metallen der Seltenen Erden hergestellt sind. Dabei ist das Material gar nicht besonders selten, es entstammt lediglich der Stoffkategorie, die als Metalle der Seltenen Erden bekannt ist. Die Magnete sind allerdings teurer in der Herstellung, dafür aber deutlich stärker als die herkömmliche Variante. Entsprechende Motoren müssen für gewöhnlich durch einen Umrichter angetrieben werden, wobei sich aber sehr hohe Wirkungsgrade in der Größenordnung bis zu 96 % erreichen lassen. Und das nicht nur in der Theorie: Ein Endanwender in Deutschland hat einen Produktvergleich durchgeführt, um herauszufinden, was Bauers Permanentmagnet-Synchronmotor der Super-Premium-Efficiency-Klasse IE4 im Vergleich zu einem herkömmlichen Asynchronmotor leistet. Der Versuch wurde in Zusammenarbeit mit dem Umrichterantriebsspezialisten Danfoss an einem Scheibeneindicker des Unternehmens Huber in einer Abwasseraufbereitungsanlage in Deutschland durchgeführt. Nachdem der Motor installiert war, wurde ein Wirkungsgrad von 87,7 % ermittelt und eine Energieeinsparung von knapp 40 %.

Dazu Markus Kutny, Manager Energy Efficiency Solutions bei Bauer Gear Motor: „Wenn es um die Auswahl von Getriebemotorlösungen geht, gehört Energieeffizienz auf dem heutigen Markt zu den Schlüsselfaktoren. Die Energiekosten kennen nur noch eine Richtung, deshalb muss man die Betriebskosten des Antriebs über die gesamte Nutzungsdauer im Auge haben und nicht nur die Anschaffungskosten. Wir haben die neue Motorenserie im Vorgriff auf die neue IE4-Klassifikation entwickelt und weil wir unseren Kunden das Nonplusultra in Sachen Energieeffizienz anbieten wollen.“ Motoren der PMSM-Serie des Herstellers erfüllen schon heute die Anforderungen der bald verbindlichen IE4-Klasse. Das belegt ein Energieeinsparungspotenzial in der Größenordnung von bis zu 40 % gegenüber einem Käfigläufermotor der Effizienzklasse IE2 mit Umrichterantrieb. Die PMSM-Serie umfasst eine Reihe umweltfreundlicher Motoren, die anstelle des in den meisten Induktionsmotoren verbauten Käfigläufers eine hocheffiziente Läuferbauart mit integrierten Permanentmagneten aus einem Material der Seltenen Erden aufweist. Diese Bauart hat eine Reihe entscheidender Vorteile. Sie reduziert die Wärmeverluste am Läufer um 100 %, die Gesamtverluste um rund 25 % und steigert den Gesamtwirkungsgrad um 10 % oder mehr. Für den Anwender bedeutet diese Leistungssteigerung geringere Gesamtbetriebskosten, eine Reduzierung des CO2-Ausstoßes und kontinuierliche Einsparungen, die zukünftige Steigerungen der Energiepreise abdämpfen.

Motoren der PMSM-Bauart sind selbst unter Teillastbedingungen deutlich effizienter als Induktionsmotoren und erreichen extrem hohe Wirkungsgrade im Nennbetrieb. Darüber hinaus zeichnen sie sich durch eine deutlich höhere Leistungsdichte aus, die bei Getriebemotoren bei minimalem Einbauvolumen (und entsprechenden Gewichtsvorteilen) für eine höhere Systemleistung sorgt. Ein weiterer wichtiger Vorteil ist, dass PMSM-Antriebe bei gleichem Einbauvolumen höhere Drehmomente liefern können als herkömmliche Induktionsmotoren, ein Faktor für Kosteneinsparungen, wenn man hierdurch in einer konkreten Anwendung z. B. ein kleinerer Motor spezifizieren kann. Der Antriebsspezialist hat einen erheblichen Entwurfs- und Entwicklungsaufwand betrieben, um sicherzustellen, dass die PMSM/Antriebs-Pakete auch unter Teillastbedingungen hohe Wirkungsgrade erzielen. Anderen Permanentmagnet-Bauweisen wurde eine ‚Teillastschwäche‘ vorgehalten, denn außerhalb der idealen Betriebsdrehzahl und -last kann der Wirkungsgrad stark abfallen. Die PMSM-Motoren von Bauer erreichen hohe Wirkungsgrade über einen großen Teillastbereich, bis zu einem Lastfaktor von 1:5.

Da sich diese Motoren durch hohe Wirkungsgrade und Flexibilität bei kompakterer Bauweise und hohen Nenndrehmomenten auszeichnen, kann in großen Anlagen und bei Lagerdienstleistern der Produktbestand deutlich reduziert werden. Weil das PMSM-Modell außerdem eine Vielzahl unterschiedlicher Asynchrongetriebemotoren ersetzen kann, ergibt sich ein Kostensenkungspotenzial in den Bereichen Lager, Logistik und Instandhaltung.

Die Synchronbauweise der PMSM bedeutet nicht nur eine bessere Umwandlung von elektrischer Energie in mechanische Leistung, sondern hat auch den Vorteil hoher Drehzahlkonstanz, unabhängig von der Last. Das heißt, dass die Motordrehzahl auch bei Lastschwankungen oder im Falle eines Spannungsabfalls nicht variiert, solange die Netzfrequenz konstant gehalten wird.

Die Elektromotoren der PMSM-Serie gibt es mit und ohne Lüfter für den Leistungsbereich von 0,55 kW bis 15 kW. Sie können an Spannungsversorgungen von 380 V bis 500 V betrieben werden und sind für den Umrichterbetrieb ausgelegt, für einen erweiterten Drehzahlbereich bei konstantem Drehmoment. Dank ihrer geringen Betriebs- und Wartungskosten eignen sich PMSM-Motoren als Antriebe für Gebläse, Pumpen und Verdichter sowie für Anwendungen mit konstantem Drehmoment wie Aufzüge und Fördersysteme. jg