Mission grüne Maschine

Antriebstechnik

Umrichter – Die Entwicklung und den Bau einer grünen Maschine haben der italienische Maschinenbauer ACMA und Schneider Electric von Anbeginn an gemeinsam geplant. Das Ergebnis überzeugt: gleich 30 Prozent Energieeinsparung.

26. September 2011

Sie gilt als Vorzeigebeispiel einer grünen Maschine. Die Rede ist von der horizontalen Schlauchbeutelmaschine SP2-NG des italienischen Maschinenbauers ACMA aus der Coesia-Gruppe, die das Unternehmen aus Bologna Mitte Mai 2011 auf der Düsseldorfer Verpackungsmesse Interpack erstmals vorgestellt hat. Die neue Maschine braucht je nach Betriebsbedingungen bis zu 30 Prozent weniger Energie als die Vorgängerserie.

Optimierung der Maschine

Möglich geworden ist die stromsparende Innovation, weil auf dem Weg zur grünen »Wunschmaschine« der Elektroausrüster Schneider Electric und der Maschinenhersteller ACMA beim SPS2-NG Projekt von Anbeginn an eng zusammengearbeitet haben. Erster Schritt war eine Analyse der Ist-Situation mit anschließender Optimierung des Bewegungsdesigns. Auf dieser Grundlage konnten die Partner eine etwa 20-prozentige Senkung beim Energieverbrauch erzielen. In einem Folgeschritt erbrachte die Drehzahlregelung bei einer energieintensiven Vakuumpumpe eine weitere Einsparung von 10 Prozent.

Wie energieeffizient eine Maschine im Betrieb ist, darüber fällt grundsätzlich beim Maschinendesign die Basisentscheidung. Wobei verschiedene Aspekte in die spätere Energiebilanz der Maschine einfließen. Das fängt beispielsweise bei der richtigen Dimensionierung der Antriebe an, denn oft werden Antriebe überdimensioniert, um für zukünftige Modifikationen noch Reserven zu haben.

Allein durch das richtige Verhältnis zwischen Robustheit und Zuverlässigkeit einer Maschine und den mutmaßlich benötigten Reserven lässt sich der Energiebedarf einer Maschine optimieren.

»Neue Erfahrungswerte zeigen, dass sich durch eine korrekte Auslegung der Antriebe bereits drei bis vier Prozent an Energie einsparen lassen«, weiß Diplom-Ingenieur Thomas Hammermeister, Marcom Manager PR bei Schneider Electric, Ratingen.

Durch den konsequenten Einsatz elektronischer Antriebstechnik lassen sich zusätzliche Effekte erzielen. Gerade Pumpen und Lüfter – in vielen Fällen Bestandteil einer Maschine – bergen im Teillastbereich hohes Sparpotenzial. Bei Anwendungen, in denen ein Motor häufig gestartet oder gestoppt werden muss, bietet sich der Einsatz von Frequenzumrichtern anstelle von Schützen an, da hier Elektronik die hohen Anlaufströme von Motoren begrenzt. Auf diese Weise werden Verluste reduziert und Lastspitzen vermieden.

Umrichter für Synchronmotoren

Die Palette zusätzlicher Maßnahmen rund um die Antriebstechnik ist breit gefächert: Hoch effizient ist beispielsweise der Einsatz von Synchronmotoren anstatt der üblicherweise mit Frequenzumrichtern verwendeten Asynchronmotoren.

Thomas Hammermeister verweist auch hier auf Erfahrungswerte: »Beispielsweise gestattet unsere Umrichterfamilie Altivar 71«, so der Marketingmann von Schneider Electric, »die Ansteuerung von Synchronmotoren mit Wirkungsgraden von 95 Prozent. Dies bietet eine Effizienzsteigerung um bis zu zehn Prozent.«

Weitere Ansatzpunkte sind der Ersatz von Mechanik durch Motion-Technologie sowie der Einsatz von Servoantriebssystemen zur Synchronisation von Bewegungen statt Nockenschaltwerken oder auch Kurvenscheiben. Eine solche Lösung bietet gleich zwei Vorteile: Neben einer höheren Energieeffizienz ist hiermit auch eine höhere Performance der Maschine zu erzielen.

Oftmals – wenn auch nicht immer – lassen sich Hydraulik und Pneumatik durch elektrische Lösungen ersetzen. Gerade bei pneumatischen Systemen sind Verluste durch Leckagen meist unvermeidlich, so dass ihr Ersatz durch elektrische Lösungen den Energieverbrauch im Betrieb deutlich reduzieren kann.

Neben den mehr oder weniger offensichtlichen Maßnahmen zur Effizienzsteigerung spielt auch die Softwareentwicklung eine Rolle bei der Reduzierung des Energiebedarfs einer Maschine. Heute wird vielfach das Steuerungssystem beim Abschalten unter Spannung gehalten, um nach einer Produktionspause schnell wieder anfahren zu können. Dabei entstehen nicht unerhebliche Standby-Verluste.

Sparen im Stillstand

Bei entsprechender Programmierung kann der gesamte Zustand der Maschine mit allen relevanten Parametern vor dem Ausschalten gesichert und bei Wiedereinschalten vor dem Anfahren geladen werden. So lässt sich die Maschine komplett abschalten, ohne dass einzelne Teile wie beispielsweise das Steuerungssystem unter Spannung gehalten werden müssen.

Weitere Ansatzpunkte im Software-Engineering sind beispielsweise der Einsatz von Predictive-Control-Reglern anstelle der klassischerweise oft genutzen PID-Regler oder intelligente Sequenzen zum Anfahren von Maschinen, mit denen sich hohe Einschaltstromspitzen vermeiden lassen.

Wesentlich beim Bau effizienter Maschinen ist ein aktives Energiemanagement, nur so lassen sich hohe Einsparungen erreichen.

Auch für diesen Aspekt hält Thomas Hammermeister Erfahrungswerte bereit: »In der Praxis zeigt sich, dass permanente Messungen und Analysen der Energieaufnahme bis zu acht Prozent Einsparpotenzial bringen. Dieses ergibt sich aus der Möglichkeit, Anomalien im Energieverbrauch und damit Probleme mit der Maschine sehr früh zu erkennen.«

Auf diese Weise, so der hilfreiche Tipp von Schneider Electric, ließen sich durch vorbeugende Instandhaltung Stillstände und Produktionsausfälle vermeiden. mk z

Auf einen Blick

ACMA S.p.a.

Sitz in Bologna, Italien.

-Mitglied der Coesia-Gruppe.

-Mehr als 90 Jahre Erfahrung.

-Entwurf, Herstellung und Vertrieb automatischer Verpackungsmaschinen.

-Verpackungsmaschinen, Anlagen und Zubehör, Abpackanlagen, Wickelmaschinen, Dosiermaschinen, Paketiermaschinen, Abfülllinien.

SP2NG Flow-Packz

-Horizontale Schlauchbeutelmaschine.

-Dient zur Verpackung von Lebensmitteln, Konditoreiwaren, Waschmitteln, Kosmetikprodukten und Flüssigkeiten aller Art, darunter eine große Vielfalt an Schokolade, Pralinen und Waffeln sowie Backwaren und Konfektionswaren.

-Freitragendes Verschlusssystem mit schockabsorbierenden Klemmbacken und Messern.

-Vakuum-Verspannungssystem zur Überbrückung von Leerlaufzeiten.

-Hochsensible Folienhandhabung, automatische Folienverfolgung, automatischer Folienschneider.

-Schneller Wechsel des Verpackungsmaterials.

-Verpackt bis zu 1.200 Beutel pro Minute.

-Foliengeschwindigkeit: maximal 120 Meter pro Minute; maximale Folienbreite: 300 Millimeter.

-Maximaler Rollendurchmesser: 400 Millimeter.

-Zu verarbeitende Materialen: PP, PVC, mehrlagige Folien.

Erschienen in Ausgabe: 01/2011