be in motion be in motion be in motion be in motion

Größe: px

Ab Seite anzeigen:

Download "be in motion be in motion be in motion be in motion"

Walter Schuler
vor 5 Jahren
Abrufe

1 1 Die Auswirkung der Antriebsarchitektur auf die Energieeffizienz be in motion be in motion be in motion be in motion

2 2 Agenda Baumüller Produktportfolio Stellschrauben des Energieverbrauchs Maschinenarchitekturen Fazit Antriebsstrang Komplette Maschine

3 3 Baumüller Zahlen und Fakten Gründungsjahr: 1930 Hauptsitz: Ostendstraße 80-90, Nürnberg Standorte: über 40 Standorte weltweit Produktion: Produktion: Nürnberg, Kitzingen, Rossau, Freiberg Bad Gandersheim, Brno, Konice, Wujiang

4 Agenda 4

5 5 Agenda Baumüller Produktportfolio Stellschrauben des Energieverbrauchs Maschinenarchitekturen Fazit Antriebsstrang Komplette Maschine

6 6 Stellschrauben des Energieverbrauchs Um den Energieverbrauch in elektrischen Antriebssystemen zu vermindern, gibt es folgende bedeutende Angriffspunkte: Verbesserung der Wirkungsgrade der elektrischen Maschinen, Verwendung der Direktantriebstechnik Verwendung von geregelten elektrischen Antrieben Verwendung von auf die jeweilige Maschinenapplikation optimal abgestimmten Antriebssystemen (keine Überdimensionierung) Energieeffiziente Maschinenarchitekturen

7 7 Energieeffiziente Maschinenarchitekturen Was versteht man unter Maschinenarchitekturen? Unterscheidung Antriebsstrang Aufbau der Maschine

8 8 Agenda Baumüller Produktportfolio Stellschrauben des Energieverbrauchs Maschinenarchitekturen Fazit Antriebsstrang Komplette Maschine

9 9 Energieeffizienter Antriebsstrang Die Antriebe werden nacheinander ein- bzw. ausgeschaltet. Jeder Antrieb hat einen Zyklus von 5 s. Der jeweilige Antriebszyklus startet zum vorherigen um 1s verzögert. b maxx 5300 vier gleichartige mechanische Antriebseinheiten b maxx 5300 die Antriebseinheiten: je 40 kw Leistung

10 Energieeffizienter Antriebsstrang M 1 n [rpm] Zeit der Rückspeisung in den Zwischenkreis M 2 n Nenn M 3 t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 M 4 t 1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t t [s] Leistung aus Netz (t) = P M1 (t) + P M2 (t) + P M3 (t) + P M4 (t) P M1 (t 1 ) = P WWWWW 1 η MMMMM P M1 (t 2 ) = 10kk 1 0,91 1 0, = 40kk η UUUUUUUUU 2 0,91 0,97 2 = 22,7kkk = 11,3kkk P M1 (t 3 ) = 10kk 1 1 = 11,3kks 0,91 0,97 P M1 (t 4 ) = P WWWWW η MMMMM η UUUUUUMWM 1 = 40kk 0,91 0,97 1 = 17,7kkk 2 2 P M1 (t 5 ) = 0 = 0kkk 10

11 11 Energieeffizienter Antriebsstrang System ohne Rückspeisung in den Zwischenkreis t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 M 1 22,7kW 11,3kW 11,3kW 0kW M 2 0kW 22,7kW 11,3kW 11,3kW M 3 0kW 22,7kW 11,3kW 11,3kW M 4 11,3kW 0kW 22,7kW 11,3kW Summe 34,0kW 34,0kW 45,3kW 45,3kW 22,6kW Netzleistung in einem Zyklus (5s): P Netz1 = 34,0kWs + 34,0kWs + 45,3kWs +45,3kWs+ 22,6kWs = 181,2kWs System mit Rückspeisung in den Zwischenkreis t 1 t 2 t 3 t 4 t 5 M 1 22,7kW 11,3kW 11,3kW -17,7kW 0kW M 2 0kW 22,7kW 11,3kW 11,3kW -17,7kW M 3-17,7kW 0kW 22,7kW 11,3kW 11,3kW M 4 11,3kW -17,7kW 0kW 22,7kW 11,3kW Summe 16,3kW 16,3kW 45,3kW 27,6kW 4,9kW Netzleistung in einem Zyklus (5s): P Netz2 = 16,3kWs + 16,3kWs + 45,3kWs +27,6kWs + 4,9kWs = 110.4kWs

12 12 Energieeffizienter Antriebsstrang Einsparung = Netzleistung (ohne ZK-Rückspeisung) - Netzleistung (mit ZK-Rückspeisung) = P Netz1 - P Netz2 = 181,2kWs kWs = 70,8kWs 19,7Wh 1 Zyklus entspricht 5s pro Stunde sind 720 Zyklen Einsparung pro Stunde = (720 * 19,7Wh) = 14,2kWh Bei 20h pro Tag und 300 Tagen pro Jahr: = (14,2kWh * 20h * 300) = kWh Bei 0,08 pro kwh ist die Ersparnis = (85.200kWh * 0,08 ) = 6.816,- Zusammenfassung: P Netz,5s prozentual Kontinuierliche Bewegung: 226,5kWs 100% Zyklische Bewegung ohne Zwischenkreisverbund: 181,2kWs 80% Zyklische Bewegung mit Zwischenkreisverbund: 110,4kWs 48,7%

13 13 Agenda Baumüller Produktportfolio Stellschrauben des Energieverbrauchs Maschinenarchitekturen Fazit Antriebsstrang Komplette Maschine

14 14 Energieeffizienter Aufbau der Maschine Als Beispiel werde ich zwei Aspekte betrachten: - Kühlung - Modularisierung Wasserkühlung: Alle elektrische Systeme haben Verluste. Diese Verluste werden zum größten Teil als Wärme an die Umgebung abgegeben. Dies ist jedoch in manchen Maschinen/Anlagen von Nachteil, weil dort in der Umgebung eine konstante Temperatur aufgrund des Maschinenprozesse eingehalten werden muss. Ein Beispiel dafür ist die Druckbranche, die aufgrund der Druckfarbe konstante Umgebungsbedingungen einhalten muss. Eine Lösung ist die Abfuhr der Verlustwärme durch Wasserkühlung.

15 15 Energieeffizienter Aufbau der Maschine (Kühlung) a) Leistungsberechnung der Motoren einer Referenzmaschine Netz 711kW 64kW 647kW

16 16 Energieeffizienter Aufbau der Maschine (Kühlung) b) Leistungsberechnung der Umrichter Netz 733kW 22kW 711kW 64kW 647kW

17 17 Energieeffizienter Aufbau der Maschine (Kühlung) c) Gesamtverluste an Maschine

18 18 Energieeffizienter Aufbau der Maschine (Kühlung) d) Welcher Anteil kann durch Wasserkühlung von der Maschine abgeführt werden?

19 19 Energieeffizienter Aufbau der Maschine (Kühlung) e) Gesamtenergie eines Jahres, die abgeführt werden muss

20 20 Energieeffizienter Aufbau der Maschine (Kühlung) f) Restenergie, die abgeführt werden muss, bei Nutzung einer Wasserkühlung

21 21 Energieeffizienter Aufbau der Maschine (Kühlung) Wärmeabfuhr durch Wasserkühlung Ohne Wasserkühlung Mit Wasserkühlung Benötigte Netzleistung Verluste an Maschine 733 kw 86 kw Benötigte Netzleistung Verluste an Maschine 733 kw 86 kw Betriebsstunden pro Jahr 6000h Betriebsstunden pro Jahr 6000h Ersparnis Gesamtverluste bei 0,08 pro Jahr / KWh kwh Durch Wärmeabfuhr mit Wasserkühlung (muss durch Klimaanlage abgeführt werden) Kosten/Jahr Einsparung pro Jahr: = EUR Einsparung in 5 Jahren: * Annahme eines Antriebssystems (Motor&Umrichter) in einer Zeitungsdruckmaschine Gesamtverluste pro Jahr kwh durch Wasserkühlung abführbar kwh Restverluste kwh (muss durch Klimaanlage abgeführt werden) Kosten/Jahr EUR

22 22 Energieeffizienter Aufbau der Maschine (Modularisierung) Was bedeutet Modularisierung? Material Maschine Schneiden 5kW Bearbeitung 5kW Verpackung 5kW Produkte Material Maschine Schneiden 5kW Bearbeitung 5kW Modularisierung Verpackung 5kW Produkte Annahme: Verpackungseinheit wird nur 1 Minute innerhalb eines 10min- Zyklus betrieben

23 23 Energieeffizienter Aufbau der Maschine (Modularisierung) 5kW Annahme: In der Verpackungseinheit werden 5 Antriebe mit jeweils 1kW betrieben 1min 10min Motoren im Stillstand, aber mit Moment Elektronik 1 Antrieb benötigt ca. 100W nur für die Elektronik 5 Antriebe 0,5kW 1 Antrieb benötigt ca. 5% Leistung im bestromten Zustand 5 Antriebe 0,25kW Gesamte Energie (10min) = Energie im Stillstand (9min) + Energie im Betrieb (1min) = 9min x (0,5kW+0,25kW) + 1min x 5kW = 6,75kWmin + 5kW min = 11,75kWmin Gesamte Energie (1h) = 11,75kWmin x 6 = 70,5kWh Gesamte Energie (6000h) = 70,5kWh x 6000 = kWh Gesamte Energiekosten = kWh x 0,08ct/kWh =

24 24 Energieeffizienter Aufbau der Maschine (Modularisierung) Annahme: Die Maschine ist so modularisiert, dass man in den entsprechenden 9 Minuten die Leistung abschalten kann. 1 Antrieb benötigt ca. 100W nur für die Elektronik 5 Antriebe 0,5kW 1 Antrieb benötigt keine Leistung in den 9 Minuten (Motor nicht bestromt) 0kW Gesamte Energie (10min) = Energie im Stillstand (9min) + Energie im Betrieb (1min) = 9min x (0,5kW) + 1min x 5kW = 9,5kWmin Gesamte Energie (6000h) = 9,5kWh x 6 x 6000 = kWh Gesamte Energiekosten = kWh x 0,08ct/kWh = Annahme: Die Maschine ist so modularisiert, dass man in den entsprechenden 9 Minuten die Leistung und die Elektronik komplett abschalten kann. Gesamte Energie (10min) = Energie im Stillstand (9min) + Energie im Betrieb (1min) = 9min x (0,0kW) + 1min x 5kW = 5kWmin Gesamte Energie (6000h) = 5kWh x 6 x 6000 = kWh Gesamte Energiekosten = kWh x 0,08ct/kWh =

25 25 Energieeffizienter Aufbau der Maschine (Modularisierung) Zusammenfassung: Preis gesamt,6000s prozentual Leistung eingeschaltet, Elektronik eingeschaltet % Leistung ausgeschaltet, Elektronik eingeschaltet ,8% Leistung ausgeschaltet, Elektronik ausgeschaltet ,5% Nur durch Ausschalten eine Energieersparnis von 57%!

26 26 Automatisierungspartner für den Maschinenbau Danke für die Aufmerksamkeit

Ähnliche Dokumente

Maschinenoptimierung durch den Einsatz hochdynamischer Direktantriebe Marcel Möller, Baumüller Nürnberg GmbH

2. Informationsveranstaltung Volle Kraft. Halbe Kosten. sorapol, Shutterstock.com Maschinenoptimierung durch den Einsatz hochdynamischer Direktantriebe Marcel Möller, Baumüller Nürnberg GmbH Arqum 2015