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Energiesparen bei der Produktionslogistik

In der Getränkeindustrie gibt der Abfüllprozess den Takt an. Alle Logistikprozesse der Sortier- und Förderanlagen und ihre Geschwindigkeiten sind darauf abgestimmt. Dass sich mit energieeffizienten Antrieben dabei einiges an Betriebskosten sparen lässt, bringt viele Brauereien zum Umdenken.

Energiesparen ist heute eines der wichtigsten Ziele bei der Modernisierung von Maschinen und Anlagen. Hier liegen oftmals große Sparpotenziale, die letztlich für den Betreiber bares Geld bedeuten. Beim sogenannten Retrofit von Förderprozessen und Transportanlagen in der Getränkeindustrie lässt sich mit neuen energieeffizienten Antriebssystemen der CO2-Ausstoß deutlich reduzieren. Zwar bedeutet eine Modernisierung auch immer Kosten und teilweise liegen die Preise für energiesparende Systeme höher als diejenigen für konventionelle Ausführungen. Aber energieeffiziente Antriebe amortisieren sich laut Aussagen des Antriebsherstellers SEW-Eurodrive aus Bruchsal oftmals schon innerhalb von weniger als zwei Jahren.

Durchgängige Konzepte für Transportanwendungen in Getränkeanlagen

Eine entscheidende Kenngröße für die Energieeffizienz einer Transportanlage im Getränkebereich ist der Gesamtwirkungsgrad des Systems. Die Antriebstechnik zusammen mit einer intelligenten Prozesssteuerung hat hier großen Einfluss. Können zum Beispiel Drehzahlen flexibel angepasst werden, kann in einer Anlage schnell und vor allem produktschonend auf Änderungen an der Maschine reagiert werden. Und das vermeidet Stillstände und damit das häufige Anfahren einer Anlage, was sehr viel Energie erfordert. Kommt Steuer- und Antriebskonzept aus einer Hand, wirke sich das zusätzlich auf das Einsparpotential aus. Und das ermögliche zudem eine nachhaltige Reduzierung der laufenden Betriebskosten bei relativ kurzfristiger Amortisierung der Investitionen, wie SEW-Eurodrive betont.

Aus Sicht des Antriebsspezialisten ist auch die Auswahl der Antriebe sehr wichtig. Durch den Einsatz von Hohlwellengetrieben wird der Antrieb direkt auf die Transporteurwelle aufgesteckt. Dadurch könne man verlustbehaftete und wartungsintensive Übertragungselemente wie Ketten oder Riemen vermeiden. Ein weiteres Augenmerk liege auf der kontinuierlichen Verbesserung der mechanischen Konstruktionen, um die Verluste bei der Transmission der rotativen Energie des Antriebssystems in eine lineare Bewegung zu minimieren. Denn jedes mechanische Übertragungselement beeinflusst die Leistungsaufnahme. Neue Kettenmaterialen und Schmiertechnologien helfen, den Reibwert sowohl im Dauerbetrieb als auch beim Anlaufen einer Anlage zu reduzieren. Allerdings können hier nur geringe Einsparpotenziale genutzt werden, meist im einstelligen Prozentbereich.

Durch den Einsatz von hocheffizienten Antriebssystemen sind deutlich höhere Einsparungen möglich. Konkret: Wenn zum Beispiel ein Transportband oder ein Puffertisch komplett mit Flaschen gefüllt ist und still steht und dann wieder anlaufen soll, muss der Antrieb eine hohe Massenträgheit kombiniert mit der Haftreibung im System überwinden. Hier können spezielle Antriebe den Energieeinsatz optimieren. Zum Beispiel kann in einer solchen Situation ein Permanentmagnetmotor problemlos anlaufen, denn er hat eine ausgeprägte sogenannte Überlastfähigkeit. Wird das bei der Planung und der Wahl des Antriebs berücksichtigt, so kann der Antrieb im Dauerbetrieb im optimalen Wirkungsbereich arbeiten. Denn läuft die Anlage erst, muss nur noch die Gleitreibung als Widerstand überwunden werden. Ein Permanentmagnetmotor hat laut SEW den entscheidenden Vorteil, dass er in ein konstantes Drehmoment über seinen gesamten Stellbereich erzeugt.

Der Field-Device-Controller Movifit von SEW verbindet die mechatronischen Antriebseinheiten ins überlagerte Netzwerk.
Der Field-Device-Controller Movifit von SEW verbindet die mechatronischen Antriebseinheiten ins überlagerte Netzwerk.

Der Blick darf aber nicht nur zum Antrieb gehen. Der Gesamtwirkungsgrad einer Anlage ist das Produkt der jeweiligen Einzelwirkungsgrade seiner elektromechanischen Komponenten wie Frequenzumrichter, Motor, Getriebe und Kabel, die jeweils auf den jeweiligen Einsatz ausgelegt werden müssen. Das bedeutet, nur die mechanischen Kräfteübertragung oder den Motorwirkungsgrad zu verbessern genügt alleine nicht. Deutliche Energieeinsparungen können nur durch perfekt aufeinander abgestimmte Komponenten – Mechanik, Elektronik und Ansteuerung – erzielt werden. Das heißt, mechatronisches Systeme, die diese Aspekte gut aufeinander abgestimmt in sich vereinen, sind ein wesentlicher Beitrag zur Energieeffizienz.

Mechatronische Systeme

Ein Lieferant für solche Systeme ist SEW-Eurodrive. Laut eigener Angaben einer der Vorreiter bei der Entwicklung, Produktion und Vermarktung mechatronischer Antriebssysteme. Bereits auf der Hannover Messe 2005 habe sie Firma als erster Anbieter ein mechatronisches Antriebssystem vorgestellt, das Movigear, das Synchronmotor, Getriebe und Frequenzumrichter als mechatronische Einheit in einem Gehäuse vereinigt. Die Integration dieser Komponenten ermögliche im Vergleich zu klassischen, dezentralen Antriebssystemen ein deutlich kompakteres Design der mechatronischen Gesamtlösung und einen optimalen Systemwirkungsgrad. Auch konnte laut Hersteller auf eine elektromechanische Bremse verzichtet werden. Bei horizontalen Förderstrecken ist sie physikalisch überflüssig und bei geregelten Antriebssystemen wird sie auch nicht zur Verzögerung benötigt. Auch das spart erheblich Energie im Vergleich zu Standardlösungen. Eine Bremse wird nur dort installiert, wo sie aufgrund der potenziellen Energie im System zum Halten benötigt wird.

Zur Gesamtlösung gehört auch ein Getriebe-Elektronikmotor DRC zum flexiblen Anbau von Stirnrad- und Kegelrad-Getrieben. Der Elektronikmotor erzeugt laut Hersteller im gesamten Drehzahlstellbereich von 5 bis 2.000 min-1 ein konstantes Drehmoment. Er ist komplett geschlossen und in mehreren Leistungsklassen bis 4 kW Nennleistung für lüfterlosen Betrieb ausgelegt. Dadurch kann der Motor bis Schutzart IP65 eingesetzt werden. Eine mechatronische Antriebseinheit Movigear und der DRC-Motor erfüllen die Anforderungen der Energieeffizienzklasse IE4 (Super-Premium Efficiency), so SEW. Durch den Einsatz dieser Antriebe ließen sich Energieeinsparungen bis 50 % und mehr erzielen.

Bedenkt man das in der Planung, zum Beispiel einer Abfüllanlage und der zugehörigen Logistikumgebung, lassen sich oft auch der Einspeisestrom, sogar die installierte Einspeiseleistung ganzer Transportlinien verringern. Also auf den Gesamtblick kommt es an. Ist das Ganze mehr als die Summe der Teile, dann bleibt das Geld auch im Unternehmen und geht nicht durch die Stromleitung.

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