»Der Markttrend Energieeffizienz ist inzwischen deutlich sichtbar geworden«, sagt Marcel Möller, Produktmanager für Motoren bei der Nürnberger Baumüller GmbH. »Innerhalb der Maschinenbaubranche findet eine zunehmende Sensibilisierung für das Thema Lebenszykluskosten statt. Weil die Ressourcen weltweit knapper werden und die Rohstoffpreise steigen, sind Maschinenbauer immer mehr gezwungen, energieeffiziente Technologien einzusetzen«, so Möller.
Den Druck üben dabei vor allem die Endanwender aus, die am Ende die Kosten tragen müssen. Eine Technologie, mit der sich vor allem Energie, aber auch Bauraum und Wartungskosten sparen lassen, sind Direktantriebe. Der Nürnberger Spezialist für Automatisierungslösungen und Systeme in der Antriebstechnik Baumüller hat die Bedeutung der Direktantriebstechnik für die energieeffiziente Gestaltung von Antriebssystemen bereits vor Jahren erkannt, seit 1991 gezielt vorangetrieben und dazu als Direktantriebe die High-Torque-Synchronmotorenreihe DST entwickelt.
Höherer Wirkungsgrad
Direktantriebe haben mehrere Vorteile: So zeichnen sie sich durch einen höheren System-Wirkungsgrad aus, da zwischengeschaltete Getriebe oder Riemen zur Übersetzung entfallen und sich dadurch die Reibungsverluste deutlich verringern. Weiteres Plus: Durch das Wegfallen der verschleißbedingten mechanischen Komponenten reduzieren sich auch zeit- und kostenintensive Wartungsintervalle. Und als Synchronmotoren verfügen sie bei geringen Drehzahlen über sehr hohe Drehmomente.
Bei Baumüller hat bei der energieeffizienten Gestaltung der DST-Motoren, die bis zu 32.500 Nm Drehmoment bieten, vor allem der Einsatz der durchgängigen Wasserkühlung eine wichtige Rolle gespielt. Denn diese macht Lüftermotoren überflüssig, was einen zusätzlichen Energiebedarf verhindert und einen nahezu lautlosen Betrieb ermöglicht. »Der DST punktet vor allem im Teillastbereich, wo der Wirkungsgrad im Vergleich zum Nennbetrieb nochmals gesteigert werden kann«, sagt Möller. Allerdings eignen sich Direktantriebe nicht immer. Grundsätzlich lohnt sich der Einsatz bei Anwendungen, die bei geringen Drehzahlen hohe Drehmomente erfordern. Wie beispielsweise in der Druck- und Kunststoffindustrie.
In der Kunststoffbranche lassen sich meistens Spritzgießmaschinen und Extruder mit der Direktantriebstechnik ausführen: Bei Spritzgießmaschinen wird die Hydraulik mit einen Direktantrieb substituiert und somit die Strömungsverluste eliminiert. Und bei der Extruderschnecke fällt die bisherige Motor-Getriebe-Kombination weg und wird durch einen High-Torque-Motor ersetzt. Vor allem der kompakte Aufbau erweist sich auch in diesem Bereich für die Maschinenbauer als vorteilhaft: High-Torque-Motoren benötigen weniger Bauraum als Motor-Getriebe-Kombinationen. Zusätzlich kommt die neue DST-Generation, die Baumüller im letzten Jahr am Markt eingeführt hat, mit deutlich weniger Bauraum aus als frühere Generationen. Auf diese Weise konnte das Unternehmen vor allem das Verhältnis von Drehmoment zur Motorgröße optimieren.
»Durch die Optimierung der mechanischen und elektrischen Auslegung haben wir außerdem die Drehzahlspektren nach oben erweitert und somit die Leistungserzeugung effizienter gemacht. Dadurch wird nicht nur in der Gesamtbetrachtung ein deutlich besserer Wirkungsgrad erzielt wird, sondern der Maschinenbauer profitiert bereits bei der Konstruktion von höheren Freiheitsgraden«, sagt Produktmanager Möller. Auch in einem weiteren Punkt tragen die DST-Motoren den besonderen Anforderungen der Extrusionstechnik Rechnung: Die Motorenreihe verfügt optional über ein integriertes Drucklager. Der Grund sind die Rückwirkungskräfte, die während des Extrusionsverfahrens freigesetzt werden: Wenn das Rohmaterial aus den Extrudern herausgepresst wird, übt es enormen Druck auf die dahinterliegende Maschineneinheit aus. Diese Druckkräfte stützt das in den Antrieb integrierte Drucklager ab.
Sparsamere Beutelproduktion
Die Vorteile der High-Torque-Motoren haben übrigens auch den brasilianischen Maschinenbauer Carnevalli überzeugt, seine Blasfolienanlagen der Baureihe Polaris Magnum mit DST-Motoren von Baumüller auszustatten. In den Anlagen sorgen sie mit höchster Genauigkeit dafür, Kunststoffgranulat im Einzugsbereich über einen Trichter aufzugeben und anschließend durch den Extruder zu befördern.
Dort wird es aufgeschmolzen und gemischt. Das geschmolzene Rohmaterial drückt die Maschine danach durch eine Ringdüse. So entsteht ein Art Kunststoffschlauch, der mit Luft aufgeblasen und dadurch abgekühlt wird. Die Stärke und Temperatur der Kühlluft regelt dabei Breite und Stärke der Folie. Zuletzt legt die Maschine den abgekühlten Folienschlauch ab und wickelt ihn auf.
Der spanische Verpackungshersteller Jumarsol, der hauptsächlich Müllbeutel aus recyceltem Material herstellt, produziert mit mehreren Blasfolienanlagen von Carnevalli. »Seitdem wir die Maschinen mit High-Torque-Motoren bei der Produktion von Müllbeuteln einsetzen, konnten wir unseren Energieverbrauch um rund 25 Prozent senken«, sagt der Inhaber José Juan Aparicio. »Wir haben momentan 30 Fertigungslinien zur Verfügung und arbeiten im Drei-Schicht-Betrieb rund um die Uhr. Da macht sich der Einsatz energieeffizienter Direktantriebstechnik vor allem unter Kostengesichtspunkten doppelt bezahlt.«
Für die Firma Baumüller ist Energieeffizienz ein Kernthema: »Auch von der Servopumpen-Technologie, mit der die energieintensive hydraulische Druckregelung, wie sie beispielsweise beim Spitzgießen erforderlich ist, ersetzt werden kann, versprechen wir uns großes Wachstumspotenzial und arbeiten daher an ihrer ständigen Weiterentwicklung«, bekräftigt Möller.
Regina Elzenbeck, Baumüller/aru
Interview
Marcel Möller, Produktmanager Motoren, Baumüller Nürnberg GmbH
Herr Möller, für welche Anwendungen ist ein Direktantrieb nicht geeignet?
Grundsätzlich gilt für die Verwendung von Direktantriebstechnik: Der Einsatz darf nicht nur die beschriebenen technischen Vorteile mit sich bringen, sondern muss in allererster Linie wirtschaftlich sein. Je nach Anforderungen an die Positioniergenauigkeit, die Systemdynamik und das Instandhaltungs- beziehungsweise Servicekonzept ist der Einsatz von Direktantrieben stets sorgfältig gegen eine Motor-Getriebe-Kombination abzuwägen.
Könnten Sie bitte konkrete Zahlen liefern: Wie viel kann ein Anwender sparen, wenn er einen Direktantrieb einsetzt?
Der spanische Verpackungsspezialist Jumarsol konnte seinen Energieverbrauch um rund 25 Prozent senken. Allerdings ist das Einsparpotenzial je nach Anwendung unterschiedlich: Bei einer direktgetriebenen Extruderschnecke mit einer Wellenleistung der Maschine von 100 Kilowatt mit 7.200 Betriebsstunden pro Jahr und Energiekosten von 0,08 Euro pro Kilowattsstunde kann durch eine Erhöhung des Wirkungsgrades um circa 10 Prozent eine Einsparung von ungefähr 6.600 Euro pro Jahr erreicht werden.
Bei einer Spritzgießmaschine mit 400 Kilogramm Schussleistung pro Stunde, 7.200 Betriebsstunden pro Jahr und einem ursprünglichen Energieverbrauch von 1 Kilowattstunde pro Kilogramm sowie Energiekosten von 0,08 Euro pro Kilowattstunde und einer Energieeinsparung von 20 Prozent bedeutet dies eine Einsparung von 46.000 Euro pro Jahr.
Die Fragen stellte Angela Unger
