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Die neuen Energieeffizienzklassen für Antriebssysteme (IES) IES-Klassen ergeben sich aus dem Zusammenspiel der verschiedenen Komponenten. - Bild: Arnoldius/Wikimedia/CC-BY-SA-4.0

| von Stefan Weinzierl

Energieeffizienz ist das bestimmende Thema der Antriebstechnik. Bisher beziehen sich die entsprechenden Angaben für 2,- 4- und 6-polige Elektromotoren zwischen 0,75 und 375 kW auf den Energiestandard IEC 60034-30 und sind in der Ökodesignrichtlinie 2009/125/EG festgelegt.

Sie regeln, in welche Effizienzklasse von IE1 bis IE4 ein Elektromotor einzuordnen ist. Nun kommt die EN 50598 dazu. Sie legt die Ökodesignanforderungen, also Energieeffizienz und Ökobilanzierung, für elektrische Antriebssysteme fest. Ganz konkret bezieht sie sich auf elektrische Antriebsysteme in einer elektrisch angetriebenen Arbeitsmaschine im Niederspannungsbereich. Gekennzeichnet wird die Systemeffizienz entsprechend mit IES-Klassen ähnlich der Kennzeichnung bei einem Elektromotor, also IES0 bis IES2.

Begriffe und Definitionen der EN 50598

  • CDM: Complete Drive Module – vollständiges Antriebsmodul oder Motorstarter, also Frequenzumrichter sowie notwendige Hilfskomponenten und Hilfseinrichtungen
  • PDS: Power Drive System – Kombination aus Steuerung und Motor mit Motorkabel, unabhängig von der Technologie, also CDM + Motor
  • Angetriebene Einrichtung: Eigentliche Lastmaschine inklusive der mechanischen Leistungsübetragung durch Getriebe oder Riemen
  • Erweitertes Produkt: Gesamtes System mit Antriebssteuerung, Motorleistungsübertragung und angetriebener Lastmaschine

Definiert werden die IES-Klassen relativ zu einem Referenz-PDS. Liegen die Verluste des zu prüfenden PDS in einem Bereich von 20 Prozent über oder unter der Verlustleistung des Referenz-Systems, liegt es in der Klasse IES1. Sind die Verluste des Prüflings kleiner als 20 Prozent des Referenz-Systems, wird er in IES2 eingestuft. Entsprechend handelt es sich um die Energieeffizienz-Klasse IES0, wenn die Verluste um mehr als 20 Prozent höher sind.

Die Referenz-PDS werden ebenfalls in der EN 50598-2 definiert. Sie beruhen auf einem 400-V-Referenz-CDM (Complete Drive Module – Drive Controller inklusive Eingangs- und Ausgangskomponenten sowie Einspeiseeinheit und Zubehör) und einem vierpoligen Elektromotor der Wirkungsgradklasse IE2 als Referenz.

Noch keine Vorschrift

Noch ist die Norm für die Technik nicht zwingend vorgeschrieben. '"Generell gilt auch bei der EN 50598 der Grundsatz, dass Normen den Charakter von Empfehlungen haben, deren Beachtung zunächst jedermann freisteht. Sie haben an sich keine rechtliche Verbindlichkeit, können aber durch Rechtsvorschriften eines Gesetzgebers oder durch Verträge, in denen ihre Einhaltung vereinbart wurde, verbindlich werden“, erklärt Bernhard Sattler, im ZVEI-Fachbereich Automation Referent für den Fachbereich Elektrische Antriebe.

So sei es auch im Fall der IE-Klassen für Frequenzumrichter beziehungsweise IES-Klassen für Antriebssysteme. Dort gibt es laut Sattler aktuell in Sachen Effizienzklasse weltweit keine gesetzliche Vorgabe für Hersteller, die die Einhaltungen der Klassen verbindlich vorschreibt wie für einen Elektromotor.

"Eine Verwechslungsgefahr besteht allerdings bei dem Begriff der IE-Klassen, da es diese bereits seit Längerem für Motoren gibt." Diese lege allerdings nicht fest, ob ein Elektromotor eine bestimmte Mindestwirkungsgradklasse einhalten müssen, also effizient sei. Das wird in den entsprechenden nationalen Gesetzen und Verordnungen festgelegt. In Europa regelt die Motorenverordnung 640/2009 die Mindestanforderungen“, erklärt der ZVEI-Experte. Bei Frequenzumrichtern sei bei der Effizienzklasse ein ähnlicher Weg wie bei Motoren zu erwarten. "Das heißt, der Gesetzgeber könnte auf Basis der EN 50598 verschiedene Mindestwirkungsgradklassen vorschreiben. Dies könnte ab 2018 die Klasse IE1 für Frequenzumrichter sein“, so Sattler.

Die Norm umfasst laut ZVEI drei Teile. Der erste Teil legt dabei die Anforderungen an die semianalytischen Modelle im Allgemeinen fest, um damit den erweiterten Produktansatz bearbeiten zu können. Der zweite Teil trifft Festlegungen für die Bewertung der Energieeffizienz von Antriebssystem und Motorsystemen für Anwendungen im Leistungsbereich von 0,12 kW bis 1.000 kW.

IES-Klassen
Grafik: Nord Drivesystems

Dazu kommt ein Vorschlag für das Vorgehen zur Charakterisierung der energieeffizientesten Lösung für das sogenannte 'erweiterte Produkt aus Motorantriebssystem und angetriebener Einrichtung‘. Diese Norm stellt eine Methodik zur Ermittlung der Verluste für Antriebssysteme und Elektromotor sowie für vollständige Antriebsmodule dar.

Sie legt Effizienzklassen für die PDS (IES-Klassen) beziehungsweise das CDM (IE-Klassen) fest und definiert für Hersteller Grenzwerte und Prüfverfahren für deren Klassifizierung.

Die Bestimmung der Verluste beruht auf einem semianalytischen Modellansatz, mit dem sich die Gesamteffizienz auf Basis der Architektur des Motorantriebssystems, des Drehzahl/Last-Profils und der Belastungsprofile charakterisieren lässt. Der dritte Teil schließlich legt die Anforderungen zur Erstellung eines ökologischen Fußabdruckes fest.


Der ZVEI rechnet Mitte/Ende 2015 mit einer ersten IEC-Fassung der EN 50598. "Die Norm wird ihren Weg ins Antriebssystem und die elektrische angetriebene Arbeitsmaschine machen“, ist sich Experte Sattler sicher. Entsprechend plane der Verband, zur Messe SPS/IPC/Drives ein Berechnungstool bereitzustellen, mit dem verschiedene Kombinationen eines Antriebssystems berechnet werden können.