Elektromotor, Effizienz, Energieeffizienz, IES,IE, Klasse

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

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.

  • Kion

    Als einziges deutsches Unternehmen landet die Kion Group unter den 20 größten Maschinenbauern weltweit. Der Wiesbadener Gabelstaplerhersteller setzte im Jahr 2015 rund 4,8 Milliarden Euro um. - Bild: Kion

  • Sumitomo Heavy Industries

    Platz 19 belegt die japanische Sumitomo Heavy Industries. Der Maschinenbau wurde 1888 gegründet und bietet ein umfangreiches Produktspektrum von Spritzgussmaschinen über Lasersysteme und SMT-Automaten, Waffen bis hin zu Flüssigkristall-Fertigungsanlagen an. - Bild: Sumitomo Heavy Industries

  • Oshkosh Corporation

    Der US-amerikanische Nutzfahrzeughersteller Oshkosh Corporation, früher Oshkosh Truck Corporation, landet auf Platz 18. Im Bild ein Flughafenlöschfahrzeug von Oshkosh. - Bild: Oshkosh Corporation

  • Hitachi Construction Machinery

    Auf Platz 17 der größten Maschinenbauer weltweit rangiert Hitachi Construction Machinery. Der japanische Bauausrüstungshersteller ist ein Unternehmen der Hitachi Gruppe und erwirtschaftete im Jahr 2013 einen Umsatz von rund 5,8 Milliarden Euro.- Bild: Hitachi

  • Doosan Infracore

    Doosan Infracore auf Platz 16 ist ein globales Unternehmen, das verschiedene Größen von Baggern, Ladern und Dieselmotoren produziert - von kompakten bis zu großformatigen Maschinen.- Bild: Doosan Infracore

  • Pentair

    Platz 15 belegt Pentair. Der irische Mischkonzern mit Sitz in Dublin produziert unter anderem Komponenten und Gehäuse für den Energiesektor, den Getränke- und Nahrungsmittelbereich, für die Industrie sowie für die Telekommunikationsbranche. Darüber hinaus ist das Unternehmen im Bereich Brandschutz sowie Heiz- und Wassertechnik aktiv.- Bild: Pixabay

  • Terex Demag

    Terex ist ein bedeutender US-amerikanischer Hersteller von Baumaschinen mit Sitz in Westport, Connecticut. Der Konzern arbeitet in fünf Unternehmenssegmenten: Hubarbeitsbühnen, Baumaschinen, Krane, Materialaufbereitung und Bergbau sowie Straßenbau und rangiert auf Platz 14 der weltweit größten Maschinenbaukonzerne.- Bild: Terex/DEMAG

  • Dover Corporation

    Die Dover Corporation hat ihren Sitz in Grove (USA). Spezialisiert auf Energie, Flüssigkeiten, konstruierte Systeme, Kälte- & Nahrungsmittelausrüstung belegt dieses Unternehmen global Platz 13.- Bild: Dover Corp

  • Andritz AG

    Die Andritz AG – frühere Bezeichnung Maschinenfabrik Andritz Actiengesellschaft – ist ein österreichischer Konzern für Maschinen- und Anlagenbau mit Hauptsitz in Graz. Benannt ist das Unternehmen nach dem Grazer Stadtbezirk Andritz und ist der zwölftgrößte Maschinenbauer der Welt.- Bild: Andritz

  • AGCO Corporation

    AGCO (Allis-Gleaner Corporation) ist ein weltweit tätiger Hersteller von Landmaschinen mit Hauptsitz in Duluth (Georgia), USA. Aufgrund seiner weltweiten Präsenz bietet der Landmaschinenhersteller eine Vielzahl von Produkten an, welche von mehr als 2700 Händlern in über 140 Ländern vertrieben werden. AGCO erreicht Platz 11 mit einem Umsatz von über 9 Milliarden Euro.- Bild: AGCO

  • OMRON Corporation

    Platz 10: Die japanische Omron ist ein weltweit tätiges Unternehmen mit mehreren Geschäftsfeldern wie Industrieautomation, elektronische Komponenten, öffentliche Systeme und Medizintechnik. Hauptsitz ist in Kyōto, Japan.- Bild: Omron

  • China Shipbuilding Industry Company Limited

    China Shipbuilding Industry Corporation ist ein chinesisches Unternehmen mit Firmensitz in Peking. Das Unternehmen ist im Schiffbau und als Rüstungshersteller tätig und schippert auf Platz 9 des weltweiten Ranking.- Bild: China Shipbuilding Industry Company

  • Sandvik AB

    Sandvik ist eines der größten Industrieunternehmen Schwedens. Das Unternehmen, das in der Spezialstahl-Industrie tätig ist, wurde 1862 im schwedischen Sandviken gegründet. Mit einem Jahresumsatz von rund 9 Milliarden Euro belegen die Schweden Platz 8. - Bild: Sandvik

  • Parker-Hannifin Corporation

    Platz 7 nimmt Parker Hannifin Corporation ein. Parker Hannifin Corporation ist ein 1917 von Arthur L. Parker gegründetes Maschinenbauunternehmen aus den Vereinigten Staaten. Das Unternehmen setzt jährlich fast 11 Milliarden Euro um.- Bild: Parker Hannifin

  • Atlas Copco AB

    Atlas Copco ist ein schwedischer, international agierender Industriekonzern. Sitz des Unternehmens ist Nacka in der Nähe von Stockholm. Mit einem Jahresumsatz von fast 11 Milliarden Euro liegt der Konzern im internationalen Maschinenbauvergleich auf Platz 6.- Bild: Atlas Copco

  • Illinois Tool Works Inc

    Platz 5 belegt Illinois Tool Works (ITW), ein US-amerikanisches Unternehmen mit Firmensitz in Glenview, Illinois. IZur ITW-Gruppe gehören zur Zeit in 56 Ländern ca. 825 Tochtergesellschaften, die über 51.000 Mitarbeiter beschäftigen. - Bild: Newmac Equipment

  • Komatsu Ltd.

    Der japanische Industriekonzern Komatsu ist laut dem Statista Ranking der viertgrößte Maschinenbauer der Welt mit einem Umsatz von fast 14 Milliarden Euro. Zur Gruppe gehören weltweit 185 Unternehmen und 25 Fabriken. Komatsu und Caterpillar bauen zusammengerechnet etwa 85 Prozent der weltweit hergestellten Bergbaumaschinen.- Bild: Komatsu

  • CNH Industrial

    Platz 3 belegt die niederländische CNH Industrial. Das Unternehmen stellt Investitionsgüter, wie Nutzfahrzeuge her und ist durch die Fusion von CNH Global und Fiat Industrial parallel zu Fiat Chrysler Automobiles entstanden. Zu den Marken des Konzerns gehören Iveco, Iveco Bus, Case IH, Steyr, New Holland oder Magirus. - Bild: CNH Industrial

  • Deere & Company

    Platz 2: Deere & Company. John Deere ist sowohl der Name des Gründers als auch die Hauptmarke des US-amerikanischen Unternehmens Deere & Company, des Weltmarktführers im Bereich Landtechnik (2007). Der Name John Deere wird häufig als Synonym für das Unternehmen verwendet. Zu den weiteren Produkten des Unternehmens gehören forstwirtschaftliche Maschinen, Baumaschinen und Geräte zur Rasen- und Grundstückspflege, die durch ein internationales Vertriebsnetz weltweit angeboten werden.- Bild: Deere

  • Caterpillar Inc.

    Der weltweit größte Maschinenbauer mit einem Umsatz von über 35 Milliarden Euro (2016) ist der US-Baumaschinenhersteller Caterpillar. Das Unternehmen Caterpillar beschäftigt rund 95.000 Mitarbeiter weltweit und produziert unter anderem Muldenkipper, Bagger, Radlader, Planierraupen, Motorgrader und Baggerlader. - Bild: Caterpillar, Quelle: Statista