Produktionsmaschinen

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

100% Elektrische Leistungsaufnahme
15% Verluste im Motor
30% Aufwand für die Infrastruktur (Hydraulik, Kühlung ...)
20% Betrieb ohne Last (Leerlauf)
10% Verluste für den Prozess (z.B. Reibung ...)
25% Prozessleistung

Typischer Energieflusses einer Produktionsmaschine. (Quelle: Schätzung Gloor)

Kennzahlen

Vergleichsgrösse Durchschnitt Zielwert
Leistungsaufnahme unter Volllast zu installierter Leistung 50% 100%
Leistungsaufnahme im Leerlauf zu installierter Leistung 25% 5%

Typischer Leistungsverhältnisse von Produktionsmaschinen. (Quelle: Schätzung Gloor)

Energiesparmassnahmen

Prozess Massnahme Bemerkungen
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.
Bei Prozessen mit dominantem turbulenten Lastanteil (zum Beispiel ein schnelles Auto) nimmt die spezifische Leistung (zum Beispiel Energieaufwand pro km) mit zunehmender Geschwindigkeit ab. Bei denen liegt also das Optimum nicht beim Maximum.

Es wird nicht nur weniger Energie, sondern auch weniger Arbeitszeit pro Produktionseinheit benötigt.
Bei einem Auto gibt es aber eine optimale Geschwindigkeit zwischen 50 und 80 km/h, da darunter die Grundverluste dominieren.
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 bei grössen Leistungen weniger als 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. Beim Maschinen mit einer hohen Betriebsstundenzahl lohnt sich der Einsatz von Energiesparmotoren. 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).

Weitere Informationen

Was Wer oder Wo
Informationen Energie-Effizienz im Maschinenbau, RAVEL, 1997
Organisationen Motorchallenge

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© 2007 GLOOR ENGINEERING, CH-7434 SUFERS, 24.08.2000, update 21.11.2007