Mit einer nachhaltigen Entwicklung lassen sich Energie und Rohstoffe sparen.

Bild: Schaeffler

Nachhaltiges Engineering (Promotion) Betriebskosten und Ressourcenverbrauch reduzieren

07.09.2022

Nachhaltigkeit beginnt schon bei der Konzeption und Auslegung von Anlagen der Lebensmittel- und Verpackungsindustrie. In einem nachhaltigen Engineering steckt ein besonders starker Hebel zur Einsparung von Energie und Rohstoffen und gleichzeitig ein großer Kundennutzen. Ein kurzer Überblick auf mögliche Optimierungen.

Auf der Suche nach einem energieeffizienten Antrieb konzentrieren sich Konstrukteure und Entwickler auf Wirkungsgrade und optimale Betriebspunkte der zur Auswahl stehenden Antriebskonzepte. Bei vorwiegend konstant und permanent laufenden Antrieben ist dies zielführend, wie das folgende Beispiel aus der Getränkeindustrie verdeutlicht.

Für den Antrieb von Sternverteilern in Getränkeabfüll­automaten werden beispielsweise Synchronmotoren mit angeflanschtem Schneckengetriebe eingesetzt. Dieses ermöglicht es, in nur einer Getriebestufe die geforderte Drehzahl des Sternverteilers zu realisieren. Hinsichtlich der Anschaffungskosten ist das eine sehr kostengünstige Lösung. Obwohl die Antriebsleistung nur wenige Kilowatt beträgt, summieren sich die jährlichen Verluste durch den 24/7-Betrieb und aufgrund des geringen Gesamtwirkungsgrades von 0,73-0,75 auf beachtliche Beträge.

Ein Direktantrieb, wie zum Beispiel der Torqueantrieb RIB von Schaeffler, verfügt in diesem Leistungsbereich über einen Wirkungsgrad von 0,92. Durch den Einsatz dieser Direktantriebe können an einer einzigen Abfüllanlage jährlich mehrere Zehntausend Euro Energiekosten und über 100 t CO2-Emissionen eingespart werden.

Effizienz im Bremsbetrieb

Handelt es sich um Antriebe, die nicht mit konstanter Drehzahl betrieben werden, sondern in ausreichend kurzen Zeitabständen Massen beschleunigen und abbremsen, sollte die Bremsenergie, die generatorisch von den Antrieben erzeugt wird, in die energetische Konzeption der Anlage miteinbezogen werden. Hier bietet sich alternativ zum Einsatz von Bremswiderständen die Rückspeisung der Bremsenergie mittels Umrichtertechnik in das Netz an oder die Umleitung der Bremsenergie an einen zeitgleich zu beschleunigenden Antrieb über den Zwischenkreis der Frequenzumrichter. Oder, als dritte Möglichkeit, die elektronisch getrennte Erweiterung der Kapazität des Zwischenkreises der Frequenzumrichter durch ein aktives Energiemanagementsystem.

Schmierstoff und Wartungskosten einsparen

Der Schmierstoffverbrauch von Wälzlagern wird einerseits vom Schmierstoffbedarf der Wälzlagerung bestimmt und andererseits vom Leckagestrom der Dichtungen. Ein großes Einsparpotential besteht bei Profilschienenführungen in Sternverteilern von Getränkeabfüllanlagen. Aufgrund des hohen Produktionsausstoßes von rund 50.000 Flaschen pro Stunde summiert sich die projektierte Wegstrecke an den Linearführungen auf mehrere Tausend Kilometer. Mit Hilfe eines angepassten Dichtungskonzeptes kann der Schmierstoffverbrauch der vierreihigen Kugelumlaufeinheit KUVE-B um 50 Prozent reduziert werden. Die Wartungskosten sinken im Zusammenhang mit den optimierten Linearführungen sogar um 70 Prozent.

Schmierstoffverbrauch auf das Notwendige reduzieren

Für INA-Profilschienenführungen hat Schaeffler das Überwachungssystem DuraSense im Portfolio, mit welchem der Schmierstoffverbrauch an das in der Applikation notwendige Maß automatisch angepasst werden kann. Einsparungen von 30 bis 50 Prozent sind realisierbar. Im gleichen Maße bedeutet dies eine Reduzierung der Kontamination der Anlage mit Schmierstoff. Das System bietet zahlreiche weitere Einsatzszenarien, wie die Erkennung von Defekten an der Schmierstoffversorgung und die Erkennung von Maschinenzuständen und -defekten.

Mit Digitalisierung zu mehr Nachhaltigkeit

IoT-Lösungen, wie Schaeffler Optime und Optime C1, helfen dabei, Produktionsausfälle in der Lebensmittel-, Getränke- und Verpackungsindustrie zu reduzieren, die Liefertreue zu erhöhen, Ausschuss zu vermeiden und entsprechend Ressourcen einzusparen. Die Condition-Monitoring-Lösung Optime überwacht automatisch den Zustand von einer sehr großen Anzahl an Standardantrieben, zum Beispiel an Bandförderern und Schlauchbeutelmaschinen. Abgesehen von einer reibungsloseren Produktion können Betreiber mit Optime auf das jahrelange Vorhalten von Ersatzteilen und Ersatzaggregaten verzichten. Die mit der Herstellung nicht benötigter Ersatzteile verbundene Energie- und Rohstoffeinsparung verbessert die Energiebilanz der Produktions­standorte.

Optime C1 ist der erste smarte Schmierstoffgeber am Markt. Die IoT-Lösung nutzt die Technologien und die App von Optime, um die smarten Schmierstoffgeber in einer Produktionshalle automatisch zu überwachen. Die Umstellung von manueller auf automatische Nachschmierung hilft dabei, Überfettung und an den Lagerstellen austretenden Schmierstoff zu verhindern. Auch hier werden große Mengen an Wasser und Chemikalien eingespart, die durch die daraufhin nötigen Reinigungsarbeiten anfallen würden.

Die möglichen Maßnahmen eines nachhaltigen Engineering sind damit noch nicht erschöpft. Topologieoptimierung, additive Fertigungsverfahren, optimierte Bahnkurven von Knickarmrobotern sind weitere Optionen. Konstrukteure und Entwickler sind angehalten, bestehende Lösungen hinsichtlich Ressourcenverbrauch, Langlebigkeit, Verschleiß und Betriebskosten umfassend zu analysieren und Alternativen zu entwickeln.

Bildergalerie

  • Unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit sollten Direktantriebe neu bewertet werden.

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  • An die Applikation angepasste Dichtungslösung reduziert Schmierstoffverbrauch um 50 Prozent.

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  • Der kabellose, smarte Schmierstoffgeber Optime C1 von Schaeffler meldet nicht nur eine leere Schmierfettkartusche sondern überwacht auch die Temperatur.

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