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Energieeffizienz

Effiziente Antriebssysteme für Werkzeugmaschinen

| Autor/ Redakteur: Christian Brecher, Christian Heyers und Stephan Cornelius Gsell / Stefanie Michel

Auch bei Werkzeugmaschinen spielt die Energie- und Ressourceneffizienz eine immer größere Rolle. Elektrische Antriebssysteme bieten verschiedene Möglichkeiten, Verbesserungen zu erreichen. Nachhaltige Erfolge werden möglich, wenn der produktive Maschinenbetrieb im Vordergrund steht.

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Detailbild vom Drehfräszentrum Index R200 mit zwei Motorfrässpindeln HSK-A40 – mit 11 kW und 30 Nm – sowie der Haupt- und Gegenspindel – mit Spindeldurchlass 65 mm, 32 kW und 170 Nm.
Detailbild vom Drehfräszentrum Index R200 mit zwei Motorfrässpindeln HSK-A40 – mit 11 kW und 30 Nm – sowie der Haupt- und Gegenspindel – mit Spindeldurchlass 65 mm, 32 kW und 170 Nm.
(Bild: Index)

Seit Einführung der ErP-Richtlinie [1] hat die Thematik der Energie- und Ressourceneffizienz im Produktions- und Werkzeugmaschinenbau zunehmend an Bedeutung gewonnen. Entsprechende Maßnahmenkataloge [2] zur Unterstützung der Maschinen- und Anlagenbauer ebenso wie der Versuch, eine geeignete Bewertungsmethodik (ISO/DIS 14955-1) zu normieren [3], sind Bestandteil der Arbeit der Verbände Cecimo und VDW.

Einen Ansatzpunkt zur Steigerung der Energieeffizienz bieten – weil sie in vielen Anlagen Kernbestandteil der Funktionalität sind – elektrische Antriebssysteme. Ohne sie wäre der Aufbau eines modernen CNC-Bearbeitungszentrums nicht denkbar. Außer den Spindel- und Vorschubantrieben einer Werkzeugmaschine sind dabei auch die zahlreichen unterstützenden Systeme wie etwa die Kühlung, die Pumpen der Kühlschmierstoff-Bereitstellung und -Aufbereitung sowie die Hydraulik zu berücksichtigen. Es verwundert daher nicht, dass innerhalb der elektrischen Leistungsaufteilung einer Werkzeugmaschine insbesondere die Hilfsaggregate einen relevanten Anteil aufweisen.

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Meist Asynchronmotoren mit Wirkungsgradklasse IE2 im Einsatz

Klassischerweise kommen in solchen Aggregaten aus Kostengründen netzgespeiste Norm-Asynchronmotoren mit definierter Wirkungsgradklasse IE2 [4] zum Einsatz. Abhängig vom Einsatzspektrum des Antriebs bieten sich dem Anlagenbauer damit zwei Möglichkeiten zur Steigerung der Energieeffizienz beziehungsweise des Wirkungsgrads:

  • Antriebe mit konstantem Arbeitspunkt (Pumpen, die nur eine Druck-Durchfluss-Kombination bedienen müssen) können durch den Einsatz besserer Motoren der Wirkungsgradstufen IE3 („Premium“) oder zukünftig IE4 („Super Premium“) optimiert werden. Dabei ist es zwingend erforderlich, den Motor bedarfsgerecht für die vorliegende Anwendung auszuwählen, was die Antriebshersteller durch Softwarewerkzeuge zur Auslegung unterstützen [5]. Die wirtschaftliche und nachhaltige Anwendung wirkungsgradoptimierter Motoren kann insbesondere bei Antrieben höherer Leistungsklassen dargestellt werden [6].
  • Für Antriebe mit wechselndem Arbeitspunkt (Kompressoren, Hochdruck-Kühlschmierstoff- oder Hydraulikpumpen) bietet der Einsatz drehzahlvariabler Antriebe einen wesentlich effektiveren Stellhebel [7 und 8]. Wird ein Frequenzumrichter verwendet, kann lastabhängig die Drehzahl des Motors variiert und damit das Gesamtsystem mit gesteigertem Wirkungsgrad betrieben werden.

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