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Dresden, den 06.10.2011

Analyse der elektrischen Energiespar-potenziale im Antriebssystem von

Verarbeitungsmaschinen

Dipl.-Ing. Jörg Schützhold

Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik, Elektrotechnisches Institut, Elektrische Maschinen und Antriebe

TU Dresden, 06.10.2011 Analyse der elektrischen Energiesparpotenziale im

Antriebssystem von Verarbeitungsmaschinen Folie 2

Gliederung

1. Einleitung

2. Energiesparpotenziale bei Asynchronmotoren

4. Zusammenfassung

3. Energiesparpotenziale in den Servoantriebsachsen



Motivation

Industrie: 2/3 der elektrischen Energie von elektrischen Antrieben aufgenommen

Verarbeitungsmaschinen: Energieaufnahme von fast ausschließlich durch elektrische Antriebe

Verknappung der Ressourcen und steigende Energiekosten:

Zunehmender Einfluss der Energieeffizienz auf die Kaufentscheidung

erhöhte Wettbewerbsfähigkeit durch ressourcenschonende Herstellungsverfahren

Analyse der Energiesparpotenziale im Antriebssystem von Verarbeitungsmaschinen

Am Beispiel der Schlauchbeutelverpackungsmaschine von THEEGARTEN-PACTEC Gmbh & Co. KG



Beispiel: Schlauchbeutel-Verpackungsmaschine



Funktion: Schlauchbeutel-Verpackungsmaschine

Quersiegel-einheit

Längssiegel-einheit

Kette

Produkt-ausgabe

Packmittel-führung

Zuteilband



Elektrische Antriebe

Servoantriebe: Frequenzumrichter, PM-Synchronmotor (Sinus-Kommutierung), Vorschaltgetriebe

Hilfsantriebe: Asynchronmotor direkt ans Netz angeschlossen



Gliederung

1. Motivation


4. Zusammenfassung




Am Beispiel einer 3kW-Vakuumpumpe:

Aktuelle Leistungsaufnahme bei Anschluss ans Netz 1,5 kW

Energiesparpotenziale bei Einsatz eines Frequenzumrichters:

Drehzahlvariabilität und Flussreduktion

Umrichtereinsatz statt Netzanschluss



Auswirkung auf Eingangsleistung

Umrichtereingangsleistung bei den zwei Steuerverfahren:

Aktueller Arbeits-punkt

U/f-SteuerungΨOpt-

Steuerung



Gliederung

1. Motivation


4. Zusammenfassung




Energiesparpotenziale Servoantriebsachsen

Antriebsachse mit dynamischem Lastspiel: Periodische Drehzahlstellvorgänge für variable Packungslängen

* Aktuell: maximale Anlagengeschwindigkeit 500 Produkte pro Minute bei 2 Siegelbacken und maximaler Varianz der Packmittellänge

Antriebsvariation

Verluste Leistungsfähigkeit

bei 500 Takten* maximale Takte

1. Energieoptimales Bewegungsprofil

-13 % 570

2. Einsatz größerer Motor +21 % 610

K 1. + 2. + Getriebe i↓ -8 % 620



Gliederung

1. Motivation


4. Zusammenfassung




Zusammenfassung

Energiesparpotenzial bei den Hilfsantrieben sehr groß:

+ Flussreduktion, Drehzahlvariabilität

Auch bei Servoantrieben Effizienzsteigerung möglich, bei gleichzeitiger Leistungssteigerung

Annahme: reduzierte Drehzahl von Hilfsantrieben technisch ausreichend; Servoantriebsachsen optimiert

Leistungsreduktion ca. 1,4 kW (~40% PTotal) je Verpackungsmaschine:

1,4 kW ⋅ 19 Cent

kWh⋅ 23h ⋅ 330d = 2000 €

Reduktion CO2-Ausstoß um 6 Tonnen pro Jahr und Maschine

Amortisationszeit der Zusatzinvestition Umrichter < 1 Jahr



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