Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Kleinmotoren im Leistungsbereich bis 1 kW sind weit verbreitet. Pumpen, Ventilatoren und die Klimatechnik sind die wichtigsten Anwendungsgebiete. F\u00fcr die meisten Anwendungen werden bisher kosteng\u00fcnstige Asynchronmotoren verwendet, die aber einen schlechten Wirkungsgrad besitzen. Der j\u00e4hrliche Energiebedarf in Deutschland f\u00fcr die genannten Anwendungen k\u00f6nnte durch den Einsatz hocheffizienter Antriebe mittels EC-Motoren um rund 1,5 GWh pro Jahr gesenkt werden.
\nZiel des Vorhabens ist es, den Anteil der eingesetzten EC-Motoren im Leistungsbereich bis 1 kW zu Lasten der weitverbreiteten Asynchronmotoren dadurch zu erh\u00f6hen, dass die Kosten der EC-Schaltung und damit des gesamten EC-Antriebs gesenkt und der Wirkungsgrad der EC-Motoren gegen\u00fcber dem Stand der Technik durch eine neuartige Schaltungstechnik noch weiter erh\u00f6ht wird.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie \u00fcbliche Erfassung der L\u00e4uferstellung mit eingebauten Hall-Sensoren wird ersetzt. Die Sensoren werden auf die Platine der Steuerschaltung gesetzt und durch einen Permanentmagneten auf der L\u00e4ufer-welle angesprochen. Der Wegfall der Sensorplatine f\u00fchrt zur Kostensenkung. Elektrische Leistung und Wirkungsgrad sind abh\u00e4ngig vom Schaltzeitpunkt (Z\u00fcndwinkel) bez\u00fcglich der vom Motor induzierten Spannung (EMK) und von der Drehzahl. Bisher werden die Motoren \u00fcber die Position der Hallsensoren bei Nenndrehzahl und -last f\u00fcr diesen Z\u00fcndpunkt optimiert. Eine dynamische Selbstoptimierung w\u00e4hrend des Betriebs erfolgt nicht. Der Wirkungsgrad des Systems Motor\/Elektronik soll deshalb bei konstant abgegebener mechanischer Leistung und Drehzahl periodisch optimiert werden. Dies f\u00fchrt zur Reduzierung der Verluste. Als n\u00e4chstes wird die Blockkommutierung durch eine sinus-bewertete Pulsweitenmodulation ersetzt. Dann wird diese Sinuskommutierung mit der zuvor entwickelten, automatischen Z\u00fcnd-winkeloptimierung verbunden, um eine Erh\u00f6hung des Wirkungsgrads bis zu 10 % zu erreichen. Abschlie\u00dfend wird die \u00fcbliche Detektierung der Rotorlage \u00fcber Sensoren durch eine sensorlose Methode – auch bei Sinuskommutierung – ersetzt. Damit wird, neben einer Ger\u00e4uschminderung eine weitere Senkung der Betriebskosten der EC-Motoren erzielt, die f\u00fcr die gew\u00fcnschte Absatzerh\u00f6hung wichtig ist, da die meisten Anwender beim Kauf von Kleinmotoren nach Preis und kaum nach Wirkungsgrad entscheiden, obwohl die Betriebskosten der Asynchronmotoren die Beschaffungskosten oft schon nach kurzer Zeit \u00fcbersteigen.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Als wichtiges Entwicklungsergebnis kann die Z\u00fcndwinkeloptimierung jetzt direkt in der elektronischen Schaltung angef\u00fchrt werden. Eine Anpassung an verschiedene Kommutierungsmethoden oder Wicklungsverschaltung durch Verstellung der Hallsensor-Platine ist nicht mehr erforderlich. Praktisch l\u00e4uft dies so ab, dass der Motorhersteller die bevorzugte Betriebsdrehzahl des Motors nennt. Entsprechend ermitteln wir den optimalen Z\u00fcndwinkel und stellen diesen Wert dann f\u00fcr die gesamte Serie ein. Diese Einstellm\u00f6glichkeit ist inzwischen serienreif. Alle von der Erl GmbH produzierten EC-Schaltungen werden seit Anfang des Jahres 2004 im Werk nach diesem Verfahren optimal eingestellt. Dabei wurde erkannt, dass die Schaltungen entweder nach Ger\u00e4uschminimum oder nach Leistungsminimum eingestellt werden k\u00f6nnen. Die entsprechenden Z\u00fcndwinkel sind nicht identisch. Wenn zwischen Kommutierungsarten umgeschaltet werden kann, z. B. von 6- auf 12-Puls, muss gleichzeitig auch der Z\u00fcndwinkel an-gepasst werden. Dies ist jetzt einfach elektronisch realisierbar. Wird nach dem Ger\u00e4uschpegel minimiert, so k\u00f6nnen im Ger\u00e4uschspektrum des Motors insbesondere die h\u00f6heren Frequenzen abgesenkt werden. Dadurch wird das ohnehin schon rel. geringe Motorger\u00e4usch objektiv um ~ 3 dB gesenkt. Subjektiv wird die Absenkung der h\u00f6heren Frequenzanteile im Bereich zwischen 2,5 bis 5 kHz als angenehm empfunden.
\nDas Energieeinsparpotenzial durch die Neuentwicklung ist bei der nachgewiesenen Energiereduzierung von 3% angesichts der gro\u00dfen Verbreitung der EC-Motoren enorm. Obwohl die genauen St\u00fcckzahlen der innerhalb Deutschlands in Betrieb befindlichen EC-Motoren nicht bekannt sind – sicher sind es mehrere hunderttausend – d\u00fcrfte ein allm\u00e4hlicher Ersatz durch die Neuentwicklung Einsparungen an elektrischer Energie in der Gr\u00f6\u00dfenordnung von bis zu 1.000 GWh\/a erm\u00f6glichen.
\nEine weitere erhebliche Einsparung ergibt sich durch die elektronische Anpassung der EC-Motoren an die Schaltungsarten Stern – Dreieck. Dadurch kann f\u00fcr beide Varianten der gleiche konstruktive Aufbau benutzt werden. Das erleichtert die Lagerhaltung beim Motorenhersteller, au\u00dferdem entfallen zus\u00e4tzliche Werkzeugkosten f\u00fcr Blechschnitte. Diese Einsparung kann in der Gr\u00f6\u00dfenordnung von etwa 30 000,- \u0080 je Motor-Ausf\u00fchrung angenommen werden.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Hier ist zu ber\u00fccksichtigen, dass unser Unternehmen in erster Linie ein Zulieferbetrieb f\u00fcr Hersteller von EC-Motoren und L\u00fcftern ist. Die Endkunden sind uns meist nicht bekannt. Um so wichtiger ist es, die Motorenhersteller von den Vorteilen der Z\u00fcndwinkeleinstellung zu \u00fcberzeugen. Dazu werden wir Vorf\u00fchrungen arrangieren, Musterschaltungen f\u00fcr eigene Versuche anbieten und Informationsmaterial verteilen.
\nFerner werden unsere Vertriebsb\u00fcros \u00fcber die Vorteile der Entwicklung informiert. Au\u00dferdem werden wir die Entwicklungsergebnisse in unsere deutsch- und fremdsprachigen Prospekte sowie in unsere Internetseiten \u00fcbernehmen. Die Homepage wird zur Zeit \u00fcberarbeitet.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die automatische Z\u00fcndwinkelverstellung konnte bisher wegen Problemen bei der Messung der Aufnahmeleistung nicht realisiert werden. Dies bedarf weiterer Entwicklungsarbeit. Hierzu wurden zwei L\u00f6sungsm\u00f6glichkeiten erarbeitet aber noch nicht realisiert.
\nHingegen wurde die optimale, manuelle Z\u00fcndwinkeleinstellung f\u00fcr Sinus-, 6- und 12-Puls-Kommutierung inzwischen serienreif entwickelt. Sie wird mittlerweile bei allen Steuerungen unseres Hauses eingesetzt. Es stellte sich heraus, dass dieser manuell eingestellte optimale Z\u00fcndpunkt bez\u00fcglich der Leistungsoptimierung auch gleichzeitig eine Ger\u00e4uschminimierung zur Folge hat. Wenn auch die anf\u00e4nglich angestrebte Verbesserung des Wirkungsgrades nicht im vollen Umfang erreicht wurde, so konnten doch M\u00f6glichkeiten aufgezeigt werden, wie dieses Ziel durch weitere Entwicklungst\u00e4tigkeiten noch erreicht werden kann. Hingegen wurden beachtliche Einsparungsm\u00f6glichkeiten bei der Schaltung und der Motorenherstellung erreicht. Diese Verbilligung entspricht den weiteren Vorhabenszielen, n\u00e4mlich die weitere Verbreitung der EC-Motoren durch Kostensenkung zu f\u00f6rdern.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Zielsetzung und Anlass des Vorhabens Kleinmotoren im Leistungsbereich bis 1 kW sind weit verbreitet. Pumpen, Ventilatoren und die Klimatechnik sind die wichtigsten Anwendungsgebiete. F\u00fcr die meisten Anwendungen werden bisher kosteng\u00fcnstige Asynchronmotoren verwendet, die aber einen schlechten Wirkungsgrad besitzen. Der j\u00e4hrliche Energiebedarf in Deutschland f\u00fcr die genannten Anwendungen k\u00f6nnte durch den Einsatz hocheffizienter Antriebe mittels EC-Motoren […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"template":"","meta":{"footnotes":""},"categories":[],"tags":[56,47,51,52,53],"class_list":["post-23030","projektdatenbank","type-projektdatenbank","status-publish","hentry","tag-baden-wuerttemberg","tag-klimaschutz","tag-ressourcenschonung","tag-umweltforschung","tag-umwelttechnik"],"meta_box":{"dbu_projektdatenbank_az_ges":"19982\/01","dbu_projektdatenbank_medien":"","dbu_projektdatenbank_pdfdatei":"A-19982.pdf","dbu_projektdatenbank_bsumme":"137.000,00","dbu_projektdatenbank_firma":"ERL GMBH","dbu_projektdatenbank_strasse":"Bergheimer Str. 4","dbu_projektdatenbank_plz_str":"88677","dbu_projektdatenbank_ort_str":"Markdorf","dbu_projektdatenbank_p_von":"2002-10-15 00:00:00","dbu_projektdatenbank_p_bis":"2004-10-31 00:00:00","dbu_projektdatenbank_laufzeit":"2 Jahre und 1 Monat","dbu_projektdatenbank_telefon":"07544\/9541-13","dbu_projektdatenbank_inet":"","dbu_projektdatenbank_bundesland":"Baden-W\u00fcrttemberg","dbu_projektdatenbank_foerderber":"70","dbu_projektdatenbank_ab_bericht":"","dbu_projektdatenbank_ist_nachbewilligung_von":"","dbu_projektdatenbank_hat_nachbewilligung":"","dbu_headerimage_cover":"","dbu_submenu":"","dbu_submenu_position":"","dbu_submenu_entry":[]},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/23030","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/projektdatenbank"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"version-history":[{"count":2,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/23030\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":42953,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/projektdatenbank\/23030\/revisions\/42953"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=23030"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=23030"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.dbu.de\/en\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=23030"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}