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Datum 11 / 2011
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So geht es „Energiefressern“ an den Kragen
Energieeffizienz wird zum Topthema im Maschinenbau

Viele Unternehmer sind sich bewusst, dass sie ihre Energie-Effizienz verbessern könnten und sehen auch den Handlungsbedarf. Doch oft fehlt den Akteuren das Know-how über Verbesserungen in Antriebstechnik, Pneumatik, Hydraulik, Steuerungstechnik, Klimatisierung oder anderen Energie verbrauchenden Produktionsprozessen. Wer wissen will, welche Lösungen wirklich funktionieren, sollte sich mit erfahrenen Anwendern austauschen. Dann können die eigenen Anforderungen gegenüber fachlich versierten Ingenieurbüros formuliert und entsprechende Komponenten oder Produkte eingekauft werden. Die FMB bietet für diesen Austausch die ideale Plattform.

Energieeffizienz ist eines der Topthemen auf der diesjährigen FMB – und das aus gutem Grund: In einem globalen und dynamischen Marktumfeld für Maschinen- und Komponentenhersteller wird Energieeffizienz zunehmend zu einem wichtigen Kriterium und Maßstab für die internationale Wettbewerbsfähigkeit. In Bad Salzuflen werden vielfältige Lösungen präsentiert, die den effizienten Einsatz von Energie in Industrie und Gewerbe ermöglichen. Wie schon in den Jahren zuvor dient die „Energie Arena“ als Kristallisationspunkt: Unter dem Motto „Chefsache Energieeffizienz“ finden Besucher und Aussteller umfassende Fachinformationen zum aktuellen Stand der Energie-Technologien und Impulse für deren Umsetzung.

Die Energie Arena bietet eine Kombination von Fachinformation auf dem Energiekongress und konkreten Lösungsangeboten beteiligter FMB-Aussteller. Federführender Organisator ist Klaus Meyer von Energie Impuls OWL e.V., Bielefeld. „Wir decken die gesamte Bandbreite des Themas ab“, so Meyer. „Mit Produkten, Komponenten, Dienstleistungen und Strategien zur Steigerung der Energieeffizienz steht ein breites Angebot bereit. Auch die Werbung und Qualifizierung von energiekompetenten Fachkräften stehen auf dem Programm.“

Globaler Wettbewerb um knappe Ressourcen

Weltweit steigt der Energieverbrauch rasant – der stetig wachsende Stromverbrauch kann kaum gedeckt werden. In den wirtschaftlich aufstrebenden Nationen, den so genannten Schwellenländern, wächst der Bedarf überproportional, doch auch in den Industrienationen ist er weiterhin sehr hoch. Hält dieser Trend an, so hat dies einen weiteren Anstieg klimaschädlicher CO2- Emissionen in die Atmosphäre zur Folge, mit spürbaren Auswirkungen für jeden Einzelnen. Aktuell leben etwa 7 Milliarden Menschen auf der Erde. 2030 werden es Schätzungen nach etwa 8,3 Milliarden sein. Allein durch das Anwachsen der Weltbevölkerung wird der Energieverbrauch steigen, was unsere Ressourcen und unser Klima belastet. Nach einer Studie der BASF rechnen Fachleute mit einem Anstieg des Energiebedarfs bis 2030 um 53%. In Folge dessen würden die weltweiten CO2- Emissionen ähnlich steigen – mit fatalen Folgen für die Umwelt, die es zu verhindern gilt.

Zudem führt der globale Wettbewerb um knapper werdende Ressourcen zu stetig steigenden Rohstoff- und Energiekosten, die nicht nur den kleinen Mann, sondern auch große Unternehmen vor Probleme stellen. In Industrieunternehmen stellt heutzutage allein der Faktor Energieverbrauch einen sehr wichtigen und zunehmenden Kostenblock dar. Wer hier sparen kann, steigert seine Produktivität. Energiesparen ist also ein Gebot der Stunde. Gefragt sind energieeffiziente Produkte und Herstellungsverfahren. Und gerade deshalb sind Fragen nach der Energieeffizienz für den Maschinen- und Anlagenbau von zentraler Bedeutung.

„Energie-Diät“ – Neue Anforderungen an die Entwickler

Bislang standen bei der Anschaffung von Maschinen und Anlagen in Industrie und produzierendem Gewerbe vor allem Aspekte wie Leistung, Preis und Service im Vordergrund. Wurde seither von den Entwicklern der Anlagentechnik erwartet, vor allem eine hohe Fertigungsqualität und Bearbeitungsgeschwindigkeit sowie größtmögliche Zuverlässigkeit und Fertigungsflexibilität zu realisieren, so gesellt sich heute mit der Energieeffizienz ein weiteres, entscheidendes Bewertungskriterium hinzu.

Doch nicht nur erhöhte Kosten und ein sich änderndes Umweltbewusstsein rücken das Thema Energieeffizienz zunehmend in den Fokus des Interesses. Auch der Gesetzgeber macht Druck. So hat die EU-Kommission den „Stromfressern“ unter den Werkzeugmaschinen den Kampf angesagt und beabsichtigt, sie in Energieeffizienzklassen einzuteilen, wie es bereits bei Haushaltsgroßgeräten gehandhabt wird. Anbieter von Anlagen mit einer schlechten Energieeffizienzklasse könnten so am Markt ins Hintertreffen geraten – ein gutes Rating böte indes ein hervorragendes Verkaufsargument. Es besteht also Handlungsbedarf, um das zweifellos beträchtliche Energieeinsparpotenzial weiter zu erschließen. Die Steigerung der Energieeffizienz im und durch den Maschinenbau lässt sich dabei auf vielfältige Weise erreichen.

Energiesparpotenziale von Antrieb bis Zuführtechnik

An welchen Stellen kann konkret angesetzt werden, um den Energiehunger von Maschinen einzudämmen? Die Möglichkeiten sind breit gefächert, denn der Gesamtenergieverbrauch einer Maschine summiert sich aus den Einzelverbrauchswerten der vielen Komponenten, aus denen die Anlage aufgebaut ist. Dazu zählen die Gestelle, Haupt-, Vorschub- und Hilfsantriebe, Antriebe für Werkzeugwechselsysteme, Hydraulik und Druckluft, Kompressoren und Pumpen, Zuführ- und Fördertechnik, Schaltschrankkomponenten, Steuerungstechnik sowie die Versorgungseinrichtungen für Kühlschmierstoffaufbereitung, Spanabsaugung und Klimatisierung und anderes mehr. Hinzu kommen Energieverluste, wie sie beispielsweise durch Reibung in Führungen und Lagern entstehen. Für Energiesparfüchse eröffnet sich also ein breites Betätigungsfeld, um Maschinen- und Anlagentechnik auf Energie-Diät zu setzen und damit deren Energieeffizienz zu steigern.

Im Bereich des Gestellbaus sind die Energiesparpotentiale bereits im konstruktiven Ansatz zu finden – durch Gewichtseinsparungen bei gleichzeitig höherer Steifigkeit sowie der Auswahl von Materialien mit geringen Energiegehalten. Die größten Stromverbraucher in der Industrie sind indes Elektromotoren. Ihr Anteil am Verbrauch liegt bei bis zu 60%. Daher kommt der bedarfsgerechten Auswahl der Antriebe in punkto Energieeffizienz ein große Bedeutung zu. Im Bereich der Hauptantriebe ist eine Überdimensionierung nicht gleich zu setzen mit besserer Qualität – sie kostet lediglich Geld. Denn ein zu groß ausgelegter Motor verbraucht nicht nur mehr Energie, sondern erzwingt auch eine größere Dimensionierung der gesamten elektrischen Antriebskette sowie der mechanischen Übertragungsglieder und Strukturbauteile. Zudem sollte bei der Auswahl von vornherein auf den Einsatz hocheffizienter Motoren geachtet werden. Bei Asynchron-Drehstrommotoren, wie sie vorwiegend in Industrie und Gewerbe zum Einsatz kommen, dürfen einer EU-Richtlinie nach seit diesem Jahr im Leistungsbereich von 0,75 kW bis 375 kW ohnehin nur noch solche eingesetzt werden, die den Effizienzstandard IE2 erfüllen.

Bereits bei der Konstruktion der Anlage kann durch Antriebe mit geringerer Leistungsaufnahme eine konsequente Reduzierung der bewegten Massen erreicht werden. Das heißt, Komponenten, die ihre Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit ändern, sollten möglichst leicht sein. Dies kann durch die Auswahl und den Einsatz geeigneter Materialien, wie beispielsweise Aluminium statt Stahl oder Leichtbauprofile statt Vollprofile, realisiert werden.

Zusätzlich lässt sich durch den Einsatz von Frequenzumrichtern und hocheffizienten Servomotoren erheblich Energie einsparen. Werden Massen dauernd beschleunigt und abgebremst, so wandelt sich die nötige Bremsenergie meist in Wärme um. Besitzt das System jedoch mehrere Achsen, so können diese die Energie unter sich austauschen. Bei größeren Anlagen bietet sich der Einsatz intelligenter, rückspeisefähiger Antriebe an, um Energie einzusparen. Zudem sollte der gesamte Antriebsstrang mit möglichst geringen Trägheiten ausgebildet sein. Hierbei können beispielsweise Kugelgewindetriebe hoher Steigung zum Einsatz kommen. Weitere Möglichkeiten zur Energieeinsparung eröffnen sich im Bereich der Hilfsantriebe, wie beispielsweise für die Hydraulik, die so ausgelegt werden sollten, dass sie zielgerichtet und bedarfsgerecht geregelt werden können.

Generell ist es geboten, die Antriebskonzepte energetisch zu betrachten, denn es ist nicht gleichgültig, welches System gewählt wird. Während Kombinationen aus Elektroantrieb und Getriebe Wirkungsgrade zwischen 50 und 90% erreichen, bringen es die besten Hydraulikantriebe gerade mal auf 50%. Denn hier wird die Energie dreimal umgewandelt - vom Elektromotor in die Pumpe und dann in den Hydraulikantrieb. So kann es beispielsweise sinnvoll sein, Hydraulikaggregate durch elektrische Servoantriebe zu ersetzen. Energetisch noch schlechter steht es um die Pneumatik. Hier kommt zur dreifachen Energiewandlung noch die Abwärme hinzu, die bei der Kompression der Luft entsteht, was zu einem Wirkungsgrad führt, der zumeist nicht über 5% liegt.

Möglichkeiten zu Energieeinsparung bietet auch die Steuerungstechnik, beispielsweise durch einen automatisch eingeleiteten Standby-Betrieb von Maschinen und Anlagen, bei dem diese in einen Energie sparenden Wartezustand versetzt werden. Alle relevanten energieverbrauchenden Systeme werden dann durch die zentrale Steuerung in eine Art Schlummermodus geschaltet. Auf Tastendruck kann die Anlage wieder „geweckt“ werden und ein sofortiges Weiterarbeiten ist möglich.

Im Bereich Kühlung, Lüftung und Absaugung lässt sich durch den Einsatz von Frequenzumrichtern (FU) für die Drehzahlregelung von Ventilatoren erheblich elektrische Energie einsparen. Maschinen sowie Zuführ- und Fördertechnik mit einer hohen Leerlaufleistung weisen oft hohe Reibungsverluste auf. Hier senkt der Einsatz reibungs- und verschleißarmer Kontaktstellen – zum Beispiel Wälzlager statt Gleitlager – den Energieverbrauch.

Die wenigen Beispiele zeigen, dass die Steigerung der Energieeffizienz im und durch den Maschinenbau auf vielfältige Weise erreicht werden kann.

Umfassende Beratung auf der FMB

Wer nun wissen will, welche Lösungen bei Antriebtechnik, Pneumatik, Hydraulik, Steuerungstechnik, Klimatisierung oder den vielen energieverbrauchenden Produktionsprozessen wirklich funktionieren, findet eine hervorragende Plattform auf der FMB – Zuliefermesse Maschinenbau. Im Zentrum einer der Kernregionen des deutschen Maschinenbaus können sich die Besucher bei rund 450 Ausstellern einen umfassenden Überblick über Lösungen für ihre gesamte Prozesskette inklusive flankierender Dienstleistungen verschaffen.

Die nächste FMB – Zuliefermesse Maschinenbau findet vom 7. bis 9. November 2012 im Messezentrum Bad Salzuflen statt.


www.f-mb.com


www.energiearena.de/

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