EMO 2015 Energieeffizient und wirtschaftlich – neue Torquemotoren von Schaeffler

Redakteur: Ute Drescher

Die bevorstehende Ökodesign-Richtlinie (ErP RL2009/125/EG) der Europäischen Union wirft ihre Schatten voraus. Am Beispiel zweier neuer Produkte der Direktantriebstechnik zeigt Schaeffler Herstellern von Werkzeugmaschinen einfache, konstruktive Möglichkeiten, die helfen, durch die richtige Motor- und Lagerwahl erhebliche Energie- und Kostenoptimierungen zeitnah zu realisieren. Die neue Torquemotorenreihe RIB steht hierbei im Vordergrund.

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Mit der neuen Torquemotor-Serie RIB bietet die INA Drives & Mechatronics GmbH & Co. KG (IDAM) thermisch optimierte Direktantriebe für höhere Produktivität und geringeren Energieverbrauch von Werkzeugmaschinen.
Mit der neuen Torquemotor-Serie RIB bietet die INA Drives & Mechatronics GmbH & Co. KG (IDAM) thermisch optimierte Direktantriebe für höhere Produktivität und geringeren Energieverbrauch von Werkzeugmaschinen.
(Bild: Schaeffler)

Die „ErP-Richtlinie zur Schaffung eines Rahmens für die Festlegung von Anforderungen an die umweltgerechte Gestaltung energieverbrauchsrelevanter Produkte“ wurde 2009 vom EU Parlament verabschiedet und wird seit einigen Jahren Schritt für Schritt umgesetzt. Erste Auswirkungen hiervon hat die breite Öffentlichkeit mit dem Verbot von 100W-Glühlampen bemerkt. Die nächsten Verbote treffen z.B. Staubsauger mit hohen Leistungen und weitere Hausgeräte. In der Industrie sind im Moment Umwälzpumpen oder Elektromotoren direkt betroffen. Hier ist das Ziel, Motoren mit höheren Effizienzklassen einzusetzen. Weniger bekannt sind die Auswirkung der Umsetzungsrichtlinie für Werkzeugmaschinen.

Werden zukünftig Maschinen mit hohen Verlustleistungen verboten? Sicherlich nicht in dieser Schärfe, doch wurde ein Energiesparziel vom Gesetzgeber definiert, das grundsätzlich umzusetzen ist. Von 2009 bis 2012 wurden Gutachten zu folgenden Fragestellungen in Auftrag gegeben: Wo kann Energie eingespart werden? Wie viel Energie kann eingespart werden? Zu welchen Kosten ist dies möglich?

  • Ergebnis 1: Werkzeugmaschinen sind so unterschiedlich, dass eine generelle Lösung (wie bei den Glühlampen) nicht umsetzbar ist.
  • Ergebnis 2: Die Vielzahl der Optimierungen ist nur schwer überschaubar, da jeder Maschinentyp wie Fräsmaschinen, Bohrmaschinen oder Stanzapparate ihre Eigenarten haben und im Detail betrachtet werden müssen.

Das derzeit wahrscheinlichste Szenario ist eine freiwillige Selbstkontrolle, bei der sich die Industrie verpflichtet, in zehn Jahren 12 % weniger Energie zu verbrauchen als heute. Denkbar ist aber auch eine EU-Durchführungsmaßnahme, die verschiedene Einsparmaßnahmen vorgibt und dem Maschinenhersteller entsprechende Punkte für die Umsetzung einzelner Maßnahmen gutschreibt. Eine finale Entscheidung der Kommission steht noch aus.

Auch kleine Verbraucher bieten Optimierungspotentiale

Nicht zuletzt vor diesem rechtlich relevanten Hintergrund war es angebracht, der herstellenden Industrie vorauseilend Lösungen im Komponenten- und Systembereich bereitzustellen. Schon heute gilt dem Energiekonsum der Einzelkomponenten ein größeres Augenmerk. Energie in Form von Strom, Druckluft oder Hydraulik sollte nicht nur der Umwelt oder dem Gesetzgeber zuliebe reduziert werden. Vielmehr ergeben sich hier klare Wettbewerbsvorteile. Maschinen, die weniger Strom verbrauchen, kosten auch weniger in der Unterhaltung. Damit sinken auch die Produktionskosten der auf ihnen gefertigten Produkte.

Im Moment gibt es sehr viele verschiedene Studien, die unterschiedliche Produktionsmaschinen untersucht haben, und somit auch zu sehr unterschiedlichen Ergebnissen kommen. Grundtenor ist aber in allen Arbeiten, dass 35 bis 50% der gesamten Energie einer Werkzeugmaschine in den Hauptantrieben und deren Kühlung benötigt wird. Kühlschmierstoffversorgung und -aufbereitung, Steuerung sowie Hydraulik sind weitere Hauptverbraucher.

Es lohnt aber auch, auf die kleinen Verbraucher zu schauen! Schon kleine Änderungen etwa im Lagerungskonzept zahlen sich in barer Münze aus.

Ein Beispiel sind die heute üblichen Spindel- oder Rundtischlager: Hier kann ohne großen konstruktiven Auf-wand eine Alternativlagerung eingesetzt werden. Im Rundtisch erzeugt ein Lager mit Innendurchmesser von 325mm etwa 90Nm Reibung bei 100 min-1. Ersetzt man das Lager durch ein YRTS 325, reduziert man die Reibung auf nur 10 Nm. Das bedeutet, die Achse spart im Betrieb rund 800 W. Das sind rund 1.000 € jedes Jahr bei einem S1-Einsatz von 7/24 Stunden.

Auch „AUS“ schalten ist ein weiterer Ansatz, wie bis zu 20 % des Energieverbrauchs bei Einschichtbetrieb reduziert werden kann. Da viele Maschinen nicht komplett „ausgeschaltet“ werden, gibt es steuerungsseitig noch große Potentiale.

Auch die Hauptantriebsauslegung ermöglicht eine Fülle unterschiedlicher Einzelmaßnahmen. Hier entscheidet sich schon früh, ob die spätere Maschine ein „Energiefresser“ oder ein „Sparfuchs“ sein wird. Zwei Herangehensweisen sind bei der Auslegung besonders interessant, hier „heißer“ bzw. „kalter Antrieb“ genannt. Namensgebend ist die angestrebte Temperatur im thermisch eingeschwungenen Zustand.

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