Die Prüfmittel für Elektromotoren mit hohem Wirkungsgrad

Im Rahmen dieser Kampagne haben viele Länder Mindestnormen für die Energieeffizienz (MEPS) festgelegt und wagen den Schritt, den Einsatz von Motoren mit hohem Wirkungsgrad gesetzlich vorzuschreiben. Ein kurzer Blick auf die entsprechenden Zahlen unterstreicht die Notwendigkeit dieses neuen Ansatzes.

Der Wirkungsgrad eines energieeffizienten Motors ist zwischen 2 % und 8 % höher als der eines Standardmotors. Das heißt, China würde jährlich Energieeinsparungen von 76,5 Milliarden kWh erzielen, könnte der Wirkungsgrad aller Elektromotoren im Land um 5 % erhöht werden; dies entspräche der Strommenge, die im Jahr 2008 vom größten Wasserkraftwerk der Welt in der Drei-Schluchten-Talsperre erzeugt wurde.

Es gibt zahlreiche internationale Normen, die Elektromotoren, je nach ihrer Verwendung, zu erfüllen haben. Die einschlägige Norm in China, GB18613, wurde mehrfach aktualisiert, wobei GB18613-2006 im Juli 2011 in Kraft trat. Eine neuere Norm, GB18613-2012, gilt seit September 2012 und die jüngste Norm, GB2, wird in weiteren drei Jahren umgesetzt.

Viele Unternehmen setzen vermehrt auf Forschung, Entwicklung und Produktion von Motoren mit hohem Wirkungsgrad, um diese neuen, verbindlichen Normen und Erwartungen zu erfüllen. Diese Entwicklungsprogramme erfordern strenge Prüfungen einer Vielzahl von Parametern, um den Nachweis erbringen zu können, dass jede neue Konstruktion die Anforderungen der jeweiligen Normen erfüllt - oder vielleicht sogar über-erfüllt.

Einer der wichtigsten Bereiche der Prüfungen ist die Drehmomentmessung, wobei es in den meisten Fällen mehr als eine Herangehensweise gibt. HBM bietet viele verschiedene Lösungen, die unterschiedliche Kundenanforderungen erfüllen.

Drehmomentaufnehmer T20WN

Der Drehmomentaufnehmer T20WN von HBM misst zum Beispiel statische und dynamische Drehmomente und Drehzahl oder Drehwinkel an drehenden oder nichtdrehenden Maschinenteilen. Er ist für das Messen kleiner bis mittlerer Drehmomente ausgelegt, wie sie in Leistungs- oder Funktionsprüfständen für Haushalts- oder Büromaschinen auftreten. Die integrierte Lagerung des T20WN lässt eine Montage als Stützlager zu und vereinfacht die Handhabung; die eingebaute Elektronik hat ein Ausgangssignal von ±10 V.

Drehmomentaufnehmer T40B

Im Gegensatz dazu bietet der digitale Drehmomentaufnehmer T40B ein magnetisches Drehzahlmesssystem für das Messen von statischen und dynamischen Drehmomenten an nichtdrehenden oder drehenden Wellen. Dank seiner kurzen Baulänge ist der Einsatz in extrem kompakten Prüfständen möglich und der Aufnehmer ist daher für einen äußerst breiten Einsatzbereich geeignet.

Die chinesischen Bestimmungen verlangen bei Drehmomentaufnehmern eine Genauigkeit von  ±0,2 % vom Endwert, während bei Frequenzmessgeräten eine Genauigkeit von ±0,1 % vom Endwert erforderlich ist. Drehzahlmessungen müssen eine Genauigkeit von 0,1 % oder 1 Umdrehung pro Minute aufweisen, je nachdem, wie der kleinste Fehler entsteht.

Für den T40B-50Nm von HBM liegen TK0 und TKC bei 0.1 %, und da bei den meisten Motorprüfanwendungen nur geringe Temperaturschwankungen auftreten, liegt der Schwerpunkt eher auf Linearität und Wiederholbarkeit. Das bedeutet, dass der Drehmomentaufnehmer T40B von HBM eine Genauigkeit von besser als 0,2 % vom Endwert bietet, wenn der Einsatzbereich größer als 20 % ist und eventuelle Termperaturschwankungen nicht mehr als 5 °C betragen.

Darüber hinaus sind die Drehmomentaufnehmer T40B mit unterschiedlichen Messbereichen erhältlich - 5 kNm, 1 kNm, 200 Nm, 50 Nm – sodass sie sicher die Anforderungen für Drehmomentsensoren von 10 Nm~5 kNm mit einer Genauigkeit von 0,2 % vom Endwert für Motorprüfungen erfüllen. Das spart Kosten, während die vereinfachte Montage die Wartung erleichtert.

Von 50 Nm bis 10 kNm, über alle Messbereiche hinweg, beträgt die Ausgangsimpulszahl des T40B 1024 Impulse/Umdrehung. Hier erlaubt das magnetische Drehzahlmesssystem mit hoher Ausgangsimpulszahl, insbesondere bei niedrigen Drehzahlen, eine genaue Drehzahlerfassung und liefert sichere Messwerte.

Prüflinge (Elektromotoren) in Prüfständen müssen häufig ein- und wieder ausgebaut werden. Von Zeit zu Zeit ist es sogar erforderlich, dass die Bediener Drehmomentsensoren und Dynamometer austauschen. Daher muss gewährleistet sein, dass Prüfstände einfache Montage, Demontage und Ausrichtung ermöglichen.

Die folgende Abbildung zeigt einen Beispiel-Prüfstand für Elektromotoren:

Um aus Prüfungen möglichst genaue Informationen ableiten zu können, muss über die eigentliche Drehmomentmessung hinaus auch die Datenerfassung und anschließende Signalverarbeitung berücksichtigt werden. Das Angebot von HBM umfasst neben der PME-Produktfamilie noch viele andere Lösungen mit unterschiedlichen Messelektroniken für die Aufzeichnung aller für die Verarbeitung maßgeblichen Messgrößen, wie Kraft, Weg, Druck, Temperatur, Drehzahl, Frequenz und Drehmoment.

Das PME-System basiert auf einem modularen Konzept, das die einheitliche Verarbeitung von mit unterschiedlichen Aufnehmertypen erfassten Messsignalen ermöglicht. Alle Module bieten LCD-Anzeige, Tastatur, CAN-Schnittstelle und verschiedene Zusatzgeräte für die Signaloptimierung.

Als Alternative gibt es das PMX, das neuste Datenerfassungs- und Signalverarbeitungssystem von HBM für den Einsatz in der Fertigungsüberwachung und in industriellen Prüfständen. Das PMX liefert genaue und zuverlässige Ergebnisse durch die professionelle Erfassung von Kraft, Drehmoment, Schwingungen, Druck, Dehnung, Temperatur, Spannung, Strom und vielen anderen Messgrößen. Das PMX bietet 16 Mess- und 32 Berechnungskanäle, wobei jeder Kanal mit einer Abtastrate von 19.200 Messwerten pro Sekunde arbeitet. Daher kann das PMX bis zu 400.000 Werte pro Sekunde bewältigen. Das PMX unterstützt zudem die Echtzeit-Kommunikation über Industrial Ethernet und bietet eine moderne, Browser-basierte Benutzeroberfläche und flexible Einsteckkarten.