Produktionsmaschinen

Leistungsbedarf einer Bandsäge

Leistungsbedarf einer Bandsäge für die Holzverarbeitung.

Energiefluss einer Maschine

Typischer Energiefluss einer guten Produktionsmaschine.

Bei Produktionsmaschinen sind zur Verbesserung der Energieeffizienz zuerst folgende drei Fragen zu klären:

Grundprozess: Was muss die Maschine machen und welche Energie ist dazu notwendig? Beispiel: Eine Papierdruckmaschine verrichtet physikalisch gesehen kaum Arbeit.

Systemgrenzen: Was gehört alles zur Maschine und wird beeinflusst? Beispiel: Klimatisierung, Ver- und Entsorgungseinrichtungen, Druckluft usw.

Risiko: Veränderungen an Maschinen bergen Risiken: Prozessqualität, Sicherheit, Lebensdauer, Garantiegewährung usw. welche in einem gesunden Verhältnis zur erhofften Verbesserung stehen sollten. Am sichersten ist es, wenn der Maschinenlieferant die Änderungen vornimmt. 

Kennzahlen

Relative Leistungsaufnahme von Produktionsmaschinen

üblich effizient
Leistungsaufnahme unter Volllast zu installierter Leistung 50% 100%
Leistungsaufnahme im Leerlauf zu installierter Leistung 25% 5%

Energiesparmöglichkeiten

Prozess Verbesserungsmöglichkeiten Wirtschaftlichkeit
Abschalten Vor allem Maschinen mit hoher Leerlaufleistung sollten nur laufen, wenn sie Arbeit haben. Das gilt auch für die Zusatzaggregate (Hydraulikpumpe, Lüfter, Lampen usw.). Am Wirksamsten sind Einrichtungen, welche automatisch starten und stoppen. Kritische Elemente wie eine Computersteuerung können auch eingeschaltet bleiben oder an einer Maschine werden nur die Infrarotstrahler ein- und ausgeschaltet. Das Abschalten lohnt sich bei Pausen, die länger als die fünffache Hochlaufzeit dauern.
Einfache Funktionen können oft mit geringem Verdrahtungsaufwand in der vorhandenen Maschinensteuerung realisiert werden.
Auslastung Obwohl bei voller Auslastung mehr Leistung benötigt wird, als im Teillastbetrieb, ist der Energieverbrauch pro Produktionseinheit geringer. Beispiel: 50 kW Voll-Lastbetrieb während 400 Stunden ergibt 20'000 kWh/a, 40 kW Halb-Lastbetrieb während 800 Stunden ergibt 32'000 kWh/a. Es wird nicht nur weniger Energie, sondern auch weniger Arbeitszeit pro Produktionseinheit benötigt.
Regelung Eine Anpassung der Prozessgeschwindigkeit an den aktuellen Bedarf erfolgt am effizientesten über drehzahlvariable Motoren. Bei Umwälzpumpen und Ventilatoren steigt die Leistungsaufnahme kubisch mit der Drehzahl. Bei Förderpumpen, Umlaufketten usw. ist die Leistungsaufnahme und der Verschleiss proportional zur Drehzahl Ein Frequenzumrichter kostet etwa 200 Franken pro kW Motorleistung und kann den ganzen Antriebsstrang auch sanft beschleunigen und bremsen (weniger Verschleiss).
Wärmedämmung Maschinen mit Prozesstemperaturen, welche über längere Zeit mehr als 20 °C von der Umgebungstemperatur abweichen, sollten wie Gebäude mit mindestens 10 cm Wärmedämmung isoliert sein. Ist abhängig von der Objektgrösse und der Verweilzeit.
Antriebssystem Für Antriebsaufgaben sind Elektromotoren etwa doppelt so effizient wie Hydraulikantriebe und rund zehnmal effizienter als Druckluftantriebe. Bei der Beschaffung sind die Betriebskosten und nicht die Investitionskosten zu vergleichen.
Prozesskontrolle Eine wichtige Produktionsmaschine sollte mit einem Betriebsstunden- und einem eigenen Stromzähler (50 bis 300 Franken) ausgerüstet sein. Es gibt auch die Möglichkeit der Online-Erfassung durch ein Energiemanagementsystem. Mit der regelmässigen Auswertung kann der Zustand der Maschine überwacht werden (Qualitätssicherung).

Literaturhinweis


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© GLOOR ENGINEERING, 24. AUGUST 2000