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Vollgas muss nicht sein

Text: Michael Müller, Rockwell Automation Fotos: Hh5800; Rockwell Automation
Ob sinnvoll oder nicht, viele Elektromotoren in Maschinen und Anlagen sind im ständigen Dauerbetrieb. Dieser Zustand schreit förmlich nach hohem Energiesparpotenzial, das sich mit modernenTools und Frequenzumrichtern erkennen und nutzen lässt.

Die Industrie ist für ein Drittel des gesamten Energieverbrauchs verantwortlich. Eine Reduzierung von nur einem Prozent würde einer Einsparung von etwa 55 Millionen Barrel Öl pro Jahr entsprechen, ein Wert von rund einer Milliarde US-Dollar. Aus Sicht eines Produktionsunternehmens hat es also große Vorteile, Energie zu sparen: Verringert sich der Verbrauch, sinken die Produktions- und Betriebskosten, während sich die Wettbewerbsfähigkeit des Unternehmens verbessert. Gleichzeitig bedeutet ein geringerer Verbrauch aber auch, dass Preissteigerungen im Energiebereich besser geschultert werden können. Um Einsparpotenziale zu erkennen, kann einerseits der gesamte Produktionsprozess betrachtet werden oder es werden andererseits einzelne Anwendungen analysiert. Es gibt verschiedene Online-Tools wie den Energy Evaluator von Rockwell Automation, mit deren Hilfe Unternehmen ihren Verbrauch an Wasser, Luft, Gas, Elektrizität und Dampf - im Englischen kurz WAGES genannt fürwater, air, gas, electricity, steam- vollständig analysieren können. Nach einer zwanzigminütigen Online-Erfassung gibt das Tool einen Echtzeitreport aus, der den aktuellen Status des WAGES-Managements erfasst. Die Ergebnisse geben den Mitarbeitern auf allen Ebenen des Unternehmens die Möglichkeit, strategische �?nderungen auszuloten, umzusetzen und Verbesserungsziele zu definieren - für einzelne Anlagen ebenso wie für das gesamte Unternehmen.

Antriebssysteme im Fokus

Bei der Betrachtung einzelner Anwendungen steht das elektrische Antriebssystem im Fokus. Laut ZVEI sind zwei Drittel des gesamten industriellen elektrischen Energieverbrauchs auf durch Elektromotoren angetriebene Maschinen zurückzuführen. In jedem Unternehmen finden sich Pumpen- und Lüfteranwendungen, sie machen im Durchschnitt 55 Prozent aller Motoranwendungen aus. Hier sind deutliche Energieeinsparungen möglich, insbesondere wenn die Prozesse keinen Durchfluss oder Druck von 100 Prozent erfordern. Denn ein großer Teil dieser Anwendungen wird noch immer direkt betrieben, das heißt, die Motoren laufen mit maximaler Leistung. Werden diese Anwendungen bereits geregelt, erfolgt diese Regelung durch Ventile und Schieber, die ein großes Potential zur Energieeinsparung bieten. Zum Vergleich: Kein Autofahrer würde die Geschwindigkeit seines Fahrzeugs mit einer Bremse regeln, während der Motor kontinuierlich unter voller Last läuft. Die Regelung von Pumpen- und Lüfteranwendungen lässt sich durch die Ergänzung eines Frequenzumrichters realisieren. Im Unterschied zu Ventilen und Schiebern erfolgt beim Antrieb die Regelung des Drucks oder Durchflusses über die Motordrehzahl und hat so Einfluss auf den Strombedarf des Motors. Die Energieeinsparungen in Prozent entsprechen der dritten Potenz der Drehzahlsenkung. Der kontrollierte Start und Stopp des Antriebs über einen Frequenzumrichter führt zu einer geringeren mechanischen Belastung von Motor, Pumpe oder Lüfter, Ventilen, Rohren und damit zu einer längeren Lebensdauer sowie einem effizienteren Betrieb. Ein Beispiel: Im Einsatz ist ein älterer Pumpenantriebsmotor mit einer Leistung von 250 kW. Der Durchfluss wird mit einem Schieber geregelt. Kann der Austausch der mechanischen durch eine elektrische Regelung zu erheblichen Energieeinsparungen führen? Es gibt folgende Produktionsbedingungen: Dreischichtbetrieb, Sechs-Tage-Woche, Energiekosten 15 Ct/kWh inklusive Steuern. Aufgrund der kubischen Formel kann sich bei einer durchschnittlichen Drehzahlabsenkung um 20 Prozent bei einer Pumpenanwendung eine Leistungsaufnahme des Motors von fast 50 Prozent ergeben. Ohne weitere Berücksichtigung von Strömungsverhältnissen und weiteren Parametern erfährt der Betreiber eine Kostenreduzierung von rund 135000 Euro im Jahr.

Berechnung per App

Um sich einen Überblick über mögliche Einsparpotenziale zu verschaffen, stellt Rockwell Automation dem Betreiber zur Berechnung von Energieeinsparungen den Energy Saving Calculator zur Verfügung. Mit diesem Tool können Hersteller mit mobilen Geräten oder Computern berechnen, welche Einsparungen durch den Einsatz von frequenzgestellten Antrieben für Pumpen und Lüfter möglich sind. Hierzu kann entweder die Online-Version genutzt werden oder die für iPad-, iPhone-, Blackberry- und Android-Systeme verfügbare App heruntergeladen werden. Das Tool gibt Anwendern die Möglichkeit, konventionelle Methoden wie den Einsatz von Ventilen zum Steuern von Pumpen oder von Drosselklappen zur Lüftersteuerung mit frequenzgestellten Antrieben zu vergleichen und die beim Einsatz eines Frequenzumrichters zu erzielenden Kostensenkungen zu berechnen.

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