Energieeffizienz -Deutlich mehr Nutzen mit spürbar weniger Energieaufwand

Längst besteht kein Zweifel mehr daran, dass wir sparsam mit Energie umgehen sollten. Auch die Gründe dafür sind lange bekannt und untrennbar mit der Art und Weise verbunden, wie heute und in der Vergangenheit unser Energiebedarf gedeckt wurde und wird.

Auch aus betriebswirtschaftlicher Sicht findet ein Umdenken statt: Bei der Betrachtung der Gesamtkostenrechnung für die gesamte Lebensdauer eines Produkts (Total Cost of Ownership) rücken die Energiekosten zusehends in den Vordergrund.

Da die Umstellung auf nachhaltige Energieerzeugung kurzfristig sicherlich nicht zu bewerkstelligen ist, bleibt als Alternative die Energieeinsparung, um diesen Zielen Rechnung zu tragen. mehr

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Energieeffizienz - wichtig im Großen und Kleinen	13.04.07

Institut für fluidtechnische Antriebe und Steuerungen
Das Thema der Einsparung von Energie bei Erledigung einer vorgegebenen Aufgabe ist heute aus gesellschafts, umwelt und energiepolitischer Sicht aktueller denn je. Die Wissenschaft ist sich einig, dass der Ausstoß von CO2 durch Reflektion infraroter Strahlung in der Atmosphäre zur langfristigen Erwärmung auf der Erde führt. Während man bei den Energiekrisen in den 80er Jahren noch von Energiemangel sprach, ist man heute einig in der Erkenntnis, dass wir keinen Mangel an Energieträgern im Boden haben, sondern dass man die gespeicherte Energie nicht beliebig – unter Abgabe von CO2 in die Atmosphäre – nutzen kann. Es würde zu weit gehen, an dieser Stelle tiefer in die Details zu gehen. Bild 2: Vergleich der Leistungsanteile an vier Arbeitspunkten Ein gut verständliches Beispiel – wie jeder zu verantwortungsvollem Umgang mit den Energieträgern beitragen kann – liegt in der Planung von Investitionen. Nehmen wir als illustratives Beispiel die Anschaffung eines neuen PKW. Hier liegt die angebotene Bandbreite von CO2Ausstoß pro km bei 0,1 bis 0,4 kg/km. Rechnet man dies auf eine angenommene Lebensdauer des PKW von 250.000 km hoch, so entscheidet der Investor darüber, ob 25 oder 100 t CO2 über die Lebensdauer erzeugt werden. Ganz ähnlich sieht die Betrachtung bei industriellen Investitionsentscheidungen aus. Hier gewinnen z. Zt. noch die Energiekosten an Bedeutung, aber es wird nur eine Frage der Zeit sein, bis der Emissionshandel weltweit eine größere Rolle spielen wird als die Kosten der Rohstoffe. Vor diesem Hintergrund sind Wissenschaftler und Industrie in gleichem Maße zunehmend gefordert vorzudenken, Konzepte zu erarbeiten und im globalen Wettbewerb Produkte zu entwickeln, zu produzieren und überzeugend und erfolgreich in den Markt zu bringen. Ganz wichtig für die Branche der Fluidtechnik ist dabei, diesen Trend richtig zu erkennen und sich strategisch diesbezüglich zielgerichtet für die Zukunft zu positionieren.
Lassen Sie mich zwei Entwicklungsbeispiele in den Vordergrund stellen. Beides sind Beispiele von Kooperationsprojekten zwischen der Industrie und den Universitäten. Das erste Beispiel behandelt den Antrieb eines Radladers aus der Mobilhydraulik. Hierzu wird in einem Gemeinschaftsforschungsprojekt mit dem VDMA sowie Firmen aus der Branche der Fluid, Bau und Landmaschinentechnik sowie vier universitären Partnern der Unis in Aachen, Braunschweig, Dresden und Karlsruhe an der Untersuchung und Weiterentwicklung von Antriebsstrangkonzepten mobiler Arbeitsmaschinen gearbeitet. Ziel dieses Projektes ist es, verschiedene Antriebskonzepte unter gleichen Bedingungen für einen bestimmten Zyklus vergleichen zu können. Hierzu ist es notwendig, ein leistungsfähiges Simulationstool zu entwickeln und die Ergebnisse müssen an Prüfständen sowie an ausgeführten Maschinen verifiziert werden. Ein exemplarisches Beispiel ist in Bild 1 dargestellt. Untersuchungs-objekt ist der Fahrantrieb eines Radladers, bei dem ein hydro-statischer Antrieb als Mehrmotorenkonzept einem Wandlergetriebe mit mehreren Fahrstufen gegenübergestellt wird. Der Aufbau der Getriebe kann den schematischen Darstellungen in Bild 1 entnommen werden. Im unteren Teil sind im Wirkungsgradkennfeld die Zugkraft über der Geschwindigkeit des Fahrzeugs dargestellt. Die Farben kennzeichnen die Wirkungsgrade, wobei die besten Bereiche wie in einer Ampelschaltung durch Grünfärbung gekennzeichnet sind. Bild 1: Wirkungsgradvergleich bei hydrostatischem Fahrantrieb und Wandlergetriebe
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Verbesserung der Energieeffizienz in der elektromechanischen Antriebstechnik	13.04.07

Forschungsstelle für Zahnräder und Getriebebau
Die Europäische Kommission hat im März 2006 ein "Grünbuch über Energieeffizienz" herausgegeben. Basierend auf zahlreichen Veröffentlichungen kommt sie zur Aussage, dass die "EU 20 Prozent ihres derzeitigen Energieverbrauchs auf kostengünstige Weise einsparen könnte". Sie bezeichnet das "Energiesparen zweifellos als die schnellste, nachhaltigste und kostengünstigste Art, Treibhausgasemissionen zu verringern". Die größten Anteile am Energieverbrauch sind die VErluste durch Umwandlung (29 Prozent) sowie der Verkehr (20 Prozent). Aus dem weiten Gebiet der Energieeffizienz sind diese beiden Gebiete für die mechatronische Antriebstechnik von großer Bedeutung. MEchatronische Systeme beinhalten elektrische und mechanische Wandler. Zur Verringerung des Energieverbrauchs sollten die GEsamtverluste der Systeme für jeden Anwendungsfall minimiert werden. Hier müssen neue methodische Ansätze entwickelt werden. Bild 1: Komponenten im mechatronischen System
Mechatronische Antriebssysteme zeichnen sich grundsätzlich durch die Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie und umgekehrt aus. Oft sind in solchen Systemen noch Energieund/ oder Leistungsspeicher für elektrische Energie integriert. Hybridsysteme enthalten zusätzlich noch Verbrennungsmotoren, die chemisch gebundene Energie in mechanische Energie umwandeln. Bild 1 zeigt im Dreieck ein solches Hybridsystem mit elektrischer, chemischer und mechanischer Energie. Das mechatronische System ist ein Teil des Hybridsystems. Die elektromotorische Leistung wird im Motor in mechanische Energie umgesetzt und durch entsprechende Getriebe so gewandelt, dass sie dann in der gewünschten Form vorliegt. Dreht man den Leistungsfluss um, wird in diesen Systemen und Anlagen aus mechanischer Energie in Elektrogeneratoren elektrische Energie erzeugt. So setzt sich z. B. der Gesamtwirkungsgrad für das in Bild 1 dargestellte mechatronische System vereinfacht wie folgt aus den Einzelwirkungsgraden zusammen: Getriebe werden meist deswegen benötigt, weil T, ω der Elektromaschinen nicht mit den Anforderungen der Anlage übereinstimmen. Benötigte hohe Abtriebsmomente bzw. Kräfte können mit hochübersetzenden Getrieben erzeugt werden. Bei welchen Übersetzungen diese Anlagen im Vergleich zu Direktantrieben leichter, preiswerter oder besser hinsichtlich des Wirkungsgrades sind, hängt von vielen Einflussparametern ab. Schon bei der Optimierung eines herkömmlichen Antriebsstrangs aus Verbrennungsmotor und Getriebe hat sich gezeigt, dass der Gesamtwirkungsgrad mit Getrieben, die einen schlechteren Einzelwirkungsgrad haben, dennoch durchaus zu verbessern ist. Stufenlose Getriebe haben einen schlechteren Einzelwirkungsgrad als Schaltgetriebe, können aber den Verbrennungsmotor häufiger in seinem optimalen Bereich betreiben, so dass eine nennensweirte Kraftstoffeinsparung in bestimmten Fahrzyklen erreicht werden kann. Heute ist dies ein Verkaufsargument für AUDI-Fahrzeuge mit dem Multitronic-Getriebe.
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Fluidtechnik als Vorreiter energieeffizienter Antriebslösungen verbessert die Wettbewerbsfähigkeit des Maschinenbaus	13.04.07


Vor dem Hintergrund der sich weltweit abzeichnenden Verknappung von Energie und Rohstoffen und der damit verbundenen starken Verteuerung gewinnt die Energieeffizienz von Maschinen und Anlagen stetig an Bedeutung. Die Fluidtechnik als eine leistungsfähige Technologie zur Realisierung von Antriebslösungen spielt in diesem Prozess der permanenten Verbesserung eine sehr aktive Rolle. Im Technologiefeld Hydraulik wurden bereits wesentliche Fortschritte durch die Einführung von Verstellpumpen und Load-Sensing-Systemen erreicht. Noch höhere Wirkungsgrade werden durch verdrängergesteuerte Antriebe erzielt, bei denen in der Hauptbewegungsachse keine Drosselung des Fluids durch Ventile auftritt. Die Basis bildet eine im industriellen Einsatz bewährte Axialkolbenpumpe mit einer elektronischen Druck-Förderstrom-regelung (DFE). Die Sensoren für den Schwenkwinkel der Pumpe (Volumenstrom) und Druck sind wie die Regelelektronik direkt an die Pumpe integriert. Diese mikroprozessorbasierte Regelelektronik steuert und regelt dynamisch und präzise den Schwenkwinkel der Pumpe und den Druck an der Hauptachse. In Kombination mit entsprechenden Zylindern stellt diese platz und energiesparende Pumpe eine kompakte und leistungsfähige Antriebslösung dar, die sehr erfolgreich in Spritzgießmaschinen eingesetzt wird. Alle zur Herstellung von Spritzgießteilen notwendigen Achsbewegungen wie Einspritzen, Nachdrücken usw. werden direkt durch die DFE-Pumpe in geschlossenen Regelkreisen realisiert. Energiesparendes elektrohydraulisches Antriebskonzept einer Spritzgießmaschine mit Verstellpumpenregelung und CAN-Bus-Schnittstelle
Durch den Einsatz moderner Auslegungs und Berechnungsmethoden wie die Strömungssimulation (CFD) konnte beispielsweise der Durchflusswiderstand von Druckventilen um bis zu 15 Prozent reduziert werden. Diese systematische und tiefgehende Analyse der Antriebsstränge wird auch zunehmend bei mobilen Arbeitsmaschinen durchgeführt, beginnend beim Verbrennungsmotor. Somit eröffnet die Betrachtung des gesamten Antriebsstrangs unter energetischen Gesichtspunkten großes Potenzial zur Verbesserung der Energieeffizienz. Aus Untersuchungen an Spritzgießmaschinenantrieben wurde z. B. bekannt, dass der Gesamtwirkungsgrad der Maschine nicht nur vom Wirkungsgrad des Hydrauliksystems sondern auch vom Wirkungsgrad des Elektromotors abhängt. Großes Potenzial zur Steigerung der Energieeffizienz wird in der Rückspeisung der Bremsenergie von bewegten Massen (z. B. Fahrzeuge) gesehen. Kombiniert mit modernen elektronischen Steuerungen zeichnen sich neuartige Antriebslösungen zur Realisierung der geforderten Funktionalitäten ab, die gleichzeitig eine wesentlich verbesserte Energieeffizienz erzielen.
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Ein bisschen Tuning tut jedem Zylinder gut - Wie klein-Stoßdämpfer pneumatische Antriebe optimieren	13.04.07

ACE Stoßdämpfer GmbH
Wer als Antrieb auf eine PneumatikLösung setzt und sich beim Verzögern der Masse vom Luftpuffer ab und einer Ausrüstung mit Stoßdämpfern zuwendet, profitiert von zahlreichen Vorteilen. Pneumatische Antriebe haben unumstrittene Vorzüge. Die Wirtschaftlichkeit ihrer Bremsleistungen zählt wohl nicht dazu. Ist doch die mit ihnen erzielbare Verzögerung bei der Endlagendämpfung im Vergleich zu IndustrieStoßdämpfern eher Kosten treibend – gerade bei Verfahrgeschwindigkeiten über 1,2 m/s. Erfolgreiche Einsatzbeispiele zeigen, wie sicher und kostengünstig sich Massen mit dem kleinst möglichen Pneumatikzylinder bewegen lassen, wenn man ihre Energie am Ende des Hubes nicht mit Druckluft, sondern mit Stoßdämpfern verzögert. Konstrukteure, die das berücksichtigen, bekommen unter dem Strich eine höhere Effizienz, da die Energie der Antriebe auch "nur" der Antriebsleistung gilt und nicht zusätzlich dem Bremsen. Stoßdämpfer überzeugen als einziges Brems-System durch konstante lineare Kennlinie
Stoßdämpfer: Bessere Bremsleistung auf ganzer Linie Im Vergleich zu IndustrieStoßdämpfern ist der Luftpuffer, der mittels Druckluft in Pneumatikzylindern für die pneumatische Endlagendämpfung sorgt, vergleichsweise ineffektiv. Die grüne Kurve im Bild zeigt die bei dieser Dämpfungsmethode aufgrund der Kompressibilität der Luft typische steil ansteigende Kennlinie. Sie führt erst am Hubende zum Abbau des größten Teils der Energie. Die lineare Dämpfung mit Klein und IndustrieStoßdämpfern verzögert – hier an der orangefarbenen Linie ersichtlich – mit gleich bleibender Bremskraft über die gesamte Strecke. Stoßdämpfer nehmen die Masse dabei weich auf. So entsteht eine konstante lineare Kennlinie und damit die geringste Belastung für die Maschine. Fazit: Wer Pneumatikzylinder tunen will, der sollte Antrieb und Bremse für eine höhere Effizienz voneinander entkoppeln.
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Energieeffiziente Automatisierungssysteme erhöhen Return of Investment	13.04.07


Steigende Strompreise und ein erhöhtes Umweltbewusstsein rücken das Thema energieeffiziente Antriebstechnik zunehmend in den Fokus des Interesses der Industrie.
Bei Baumüller nehmen energieeffiziente Antriebe und ihre Kostenkalkulation über den gesamten Lebenszyklus schon immer einen hohen Stellenwert ein. Die Servomotoren und Umrichter liegen seit Jahren im Bereich der höchsten Wirkungsgradklasse EFF1 und besser. Dabei kommt es dem Automatisierungspartner darauf an, das System ganzheitlich zu betrachten: Nicht nur einzelne Komponenten wie der Motor dürfen in die Berechnung der Energiebilanz mit einbezogen werden, es müssen auch regelungstechnische und applikationsspezifische Gesichtspunkte berücksichtigt werden.
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Mit Bremsenergie wieder beschleunigen	13.04.07


Innovative Antriebslösungen senken bereits heute die Energiekosten von Maschinen und Anlagen über den gesamten Lebenszyklus deutlich. Dabei steht aktuell die Rückgewinnung von Bremsenergie im Fokus. Das Prinzip ist einfach: Statt über Reibung zu verzögern und die Energie als Wärme ungenutzt zu verschwenden, wandelt ein Antrieb sie in Strom oder Druck um und stellt sie dem System wieder zur Verfügung.
Dieser Ansatz bewährt sich bereits in zahlreichen Umformmaschinen Dort ermöglichen die kurzen Beschleunigungs und Bremszyklen einen hohen Rückgewinnungsgrad. Rexroth realisiert diese effiziente Energieeinsparung sowohl mit elektrischen als auch mit hydraulischen Antrieben. Rückspeisefähige Frequenzumrichter arbeiten im Bremsbetrieb als Generator und erzeugen Strom für andere Verbraucher oder können über einen gemeinsamen GleichspannungsZwischenkreis die Energie untereinander austauschen. Bei hydraulischen Lösungen lädt die Bremsenergie einen Druckspeicher auf. Die kompakte und nahezu wartungsfreie Lösung speichert Energie über einen längeren Zeitraum und gibt sie kontrolliert in hoher Kraftdichte wieder an das System ab.
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Hydraulik: Hightech-Lösungen sparen Energie	13.04.07


Mit seinen modernen Innenzahnrad-Triebwerken bringt Bucher Hydraulics in Klettgau neuen Schwung in die Welt der Hydraulik. Der entscheidende Vorteil ist, dass sich damit energiesparende Antriebslösungen umsetzen lassen. Der Grund: Innenzahnrad-Triebwerke des Typs QXM sind für den 4QuadrantenBetrieb ausgelegt. Das bedeutet, sie können als Pumpe und als Motor arbeiten. Das alleine genügt jedoch noch nicht, um den Ansprüchen von Maschinen, Anlagenund Fahrzeugherstellern gerecht zu werden. Ebenso entscheidend ist: Die InnenzahnradTriebwerke liegen mit maximal möglichen Drehzahlen von etwa 13000 min1 etwa doppelt so hoch wie Axialkolbeneinheiten; sie besitzen zudem eine außer-ordentlich hohe Dynamik und sind aufgrund ihres wälzlager-losen Aufbaus äußerst robust und langlebig. Deshalb erreichen sie eine hohe Lebensdauer, die je nach Belastungsgrad bis zu 20 000 Bh betragen kann.
Aufgrund dieser Eigenschaften lassen sich so genannte Pumpensteuerungen aufbauen, die im Vergleich zu Lösungen mit Konstantpumpe plus Ventilsteuerung erhebliche energetische Vorteile bringen. Die Energie wird bedarfsgerecht genutzt und in manchen Anwendungen wie Aufzügen, Pressen, Kranen u. ä. ist sogar eine Energierückgewinnung möglich. Auf diese Weise lassen sich Energie und in vielen Fällen teuere Servo bzw. Regelventile einsparen. Das Gesamtsystem kann hierdurch stark vereinfacht werden.
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Low-Power-Positioner	13.04.07


In der Prozessautomation, in der oft sehr weitläufige Anlagen realisiert werden, spielen dezentrale Lösungen, die mit eigener Intelligenz und einer lokalen Energieversorgung ausgestattet sind, eine zunehmende Rolle. Hierbei kommt dem Energieverbrauch eine wesentliche Bedeutung zu. Mit einer Verdrahtung in 2LeiterTechnik (d. h. Energieversorgung und Prozessdaten über nur 2 gemeinsame Adern; 420 mATechnik) und entsprechend ausgelegten LowPowerKomponenten lässt sich z. B. ein elektropneumatischer Positioner aufbauen, der mit nur 40 mW auskommt.
Ein ektropneumatischer Stellungsregler dient dazu, ein pneumatisch betätigtes Prozessventil kontinuierlich in seiner Stellung zu regeln. Er ist dabei aus folgenden Hauptfunktionsblöcken aufgebaut: Positions-Sensor zur Erfassung der IstStellung des Ventilantriebs Microcontroller-Elektronik elektropneumatisches Stellsystem 8Soll-Stellung) Bedieneinheit
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Die neue Test-Zylinder Baureihe 326 von Hänchen-Hydraulik: Energie-Effizienz durch flexiblen Kolbendurchmesser	13.04.07

Herbert Hänchen GmbH & Co. KG
In mmSchritten variabel ist der Kolbendurchmesser der neuen TestZylinder Baureihe 326, die Hänchen Hydraulik auf der HANNOVER MESSE Industrie 2007 der Fachöffentlichkeit vorstellt. Sie ist das Ergebnis der konsequenten Modularisierung und Parametrierung bei der Konstruktion von Katalog-Produkten. Die neue Produktreihe erlaubt durch die Optimierung der hydraulischen Peripherie und den Einsatz dieser Highend KatalogZylinder neue energiesparende Konstruktionen im Testund Prüfbereich sowie bei anderen präzise oszillierenden Bewegungen großer Massen. Die hochfesten Rohre der neuen Baureihe werden aus dem Vollen gearbeitet.
Deshalb ist es durch Konstruktionsmakros möglich, den Durchmesser des Kolbens und natürlich auch die Kolbenstangenlänge exakt an die konstruktiven Notwendigkeiten anzupassen. Der Kolbendurchmesser ist deshalb frei in mmSchritten wählbar. So kann ein Konstrukteur die wirksame Kolbenfläche exakt den Bedürfnissen seiner Konstruktion wählen: Der für den Betrieb notwendige Volumenstrom lässt sich damit bei Bedarf deutlich reduzieren, wodurch Ventile, Verrohrung, Speicher, Aggregate und andere Bauteile des Fluidkreislaufs zum Teil deutlich kleiner ausgelegt werden können und damit deutlich Energie gespart wird.
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Tandemdichtungen der Hunger DFE GmbH – Wirkungsgradoptimierung in Hydrauliksystemen	13.04.07

Hunger DFE GmbH Dichtungs- und Führungselemente
Der Klimabericht der Vereinten Nationen im Februar dieses Jahres und die öffentliche Debatte um den CO2Ausstoß bei Kraftfahrzeugen haben weltweit für großes Aufsehen gesorgt. Nicht nur die Politik, sondern auch die Industrie kann mit innovativen Ideen erheblich zum Klimaschutz beitragen, was speziell für die Antriebsund Fluidtechnik zutrifft, wie ein Beispiel für hydraulische Kolbendruckspeicher zeigt. Druckspeicher sind in unzähligen Hydraulikanlagen implementiert. In erster Linie dienen sie dazu, Systemspitzen abzufangen und so die Verwendung einer entsprechend klein ausgelegten Hydraulikpumpe zu ermöglichen, wodurch der Energieverbrauch des Hydrauliksystems verringert wird. Doch auch der Druckspeicher selbst muss effizient arbeiten, was durch entsprechende Berücksichtigung des Dichtungssystems erreicht werden kann. Die Aufgaben dieses Dichtungssystems (Abb. 1) bestehen aus Führung des Kolbens und Abdichtung der Medien (Öl/Stickstoff). Bedingt durch die geforderte Dichtheit gegenüber den unterschiedlichen Medien erzeugen Nutringdichtungen aus TPE oder Kautschuk im Allgemeinen hohe Reibung, vergleicht man diese mit Gleitringdichtungen aus PTFECompounds.
Tandemdichtungen vereinen die Eigenschaft der Abdichtung durch gummielastische Dichtlippe und reibungsreduzierende PTFECompound Gleitringe. Die linienförmig aufliegende Elastomerdichtkante stellt die Primärdichtung dar, der im nachfolgenden Dichtungsrücken zur bewegten Kontaktfläche angeordnete Gleitring aus PTFE Compound verhindert unnötige Reibung des komprimierten Dichtungskörpers. Führungsringe aus POMPTFE/BronzeCompound stützen die Tandemdichtung ab und verhindern durch ihre Bauweise metallischen Kontakt zwischen Kolben und Zylinderwand. Durch die verminderte Reibung kann die eingespeiste Energie nahezu verlustfrei wieder abgegeben werden, was die Energieeffizienz des Hydrauliksystems deutlich verbessert.
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Frequenzumrichter – weitere steigerung der Energieeffizienz durch Energierückgewinnung	13.04.07

KIMO Industrie-Elektronik GmbH
Gemäß Branchenuntersuchungen werden etwa 12 Prozent der in der deutschen Industrie instal lierten Motorleistung mit energiesparender elek tronischer Drehzahlregelung betrieben. Bei einem sinnvollen Anteil von etwa 50 Prozent! Aber selbst bei diesen 12 Prozent werden die vor handenen Potenziale noch nicht vollständig ge nutzt! Untersuchungen des Antriebsspezialisten KIMO zeigten, dass besonders bei Anwendungen mit hoher Schalthäufigkeit der Antriebe ein großes Energieund Kosteneinsparungspotenzial brach liegt: Bremsen bedeutet heute nämlich auch hier noch vielfach Energieverschwendung! Das Heben dieses ungenutzten Potenzials war die Ausgangsmotivation für die Entwicklung eines kompakten und zuverlässigen, voll rück speisefähigen und dynamischen Frequenzum richters. Dies war eine große Herausforderung selbst für die auf dem Gebiet der elektrischen Antriebe und der Leistungselektronik sehr er fahrenen Entwickler der Firma KIMO Industrie Elektronik in Erlangen.
Die Frequenzumrichter der traNsOMik u2-familie Das Ergebnis der Konzentration auf das Wesent liche und auf einen funktionalen Mehrwert für den praktischen Einsatz ist die neue Serie der Frequenzumrichterbaureihe TRANSOMIK U2 in Leistungsklassen von 4 bis 200 kW. Energieeffizient • Volle Rückspeisung der Bremsenergie in das Netz Keine Blindstromkosten durch cos φ ≈ 1 • Geringe Abwärmeentwicklung umweltverträglich mit langer lebensdauer Entfall von Elektrolytkondensatoren für den Zwi schenkreis erhöht die Lebensdauer des Frequenz umrichters Vereinfachte Projektierung • Kompakte Bauform, Filter und Drosseln integriert • Keine abgeschirmten Leitungen zum Motor erforderlich • Keine zusätzlichen BremsChopper oder widerstände erforderlich • Geringe Netzharmonische / Einhaltung der Vorschriften nach EN 6100012 Weitere Merkmale • Ohne Verzögerung einund ausgangsseitig schaltbar, hoch dynamisch • Weiter AC und DC Eingangsspannungsbereich • Für den Einsatz von Fehlerstromschaltern geeignet • Geringe Lagerströme
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Low-Speed-Concept – der innovative Fahrantrieb	13.04.07

Linde Material Handling GmbH & Co. KG Linde Hydraulics
Als Ergebnis einer Wirtschaftlichkeitsanalyse hydrostatischer Antriebssysteme entwickelte Linde Hydraulics das Low-Speed-Concept und die hierfür erforderlichen großvolumigen Hydromotoren, die sogar direkt im Antriebsstrang eingebaut werden können. In der herkömmlichen Auslegung eines Fahrantriebs werden hohe Hydromotordrehzahlen bei niedrigen Drehmomenten über mehrere Getriebestufen reduziert, um die am Rad oder an der Kette erforderlichen niedrigen Drehzahlen bei hohen Drehmomenten zu erreichen. Dabei werden die beträchtlichen Leistungsverluste, die sich aus den Planschverlusten bei hohen Hydromotordrehzahlen ergeben, noch durch die mechanischen Verluste in den notwendigen Untersetzungsgetrieben verstärkt.
Auf dieser Basis entwickelte Linde Hydraulics das Low-Speed-Concept: Dieses Konzept reduziert die Drehzahlniveaus und die Anzahl der Komponenten des Antriebsstrangs, so dass die Drehzahl des Dieselmotors möglichst direkt in Raddrehzahl gewandelt wird. Die Grundvoraussetzung des Low-Speed-Concepts liegt darin, dass die Leistungsverluste eines hydrostatischen Motors bei einem gegebenen Betriebszustand im Verhältnis zu seiner nominalen Größe etwa linear verlaufen. Dadurch ergeben sich bei ansteigender Motorgröße und abgesenkter Motordrehzahl deutlich geringere Leistungsverluste. Die Drehzahl-Reduzierung beim Hydromotor führt somit zu einer Erhöhung des Gesamtwirkungsgrads. Die optimale Umsetzung des Low Speed Concepts bedeutet: direkte Umwandlung der Dieseldrehzahl in Raddrehzahl.
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75 Prozent Energieeinsparung – Neues ansteuergerät für sicherheitsbremsen minimiert die Betriebskosten	13.04.07

Chr. Mayr GmbH + Co. KG
Die Magnetspulen von elektromagnetischen HaNNOVEr MEssE Federdruckbremsen sind in der Regel so ausge stand H25/D32 legt, dass die Bremsen bei Spulennennspannung sicher lüften. Nach dem Lüften bleibt die Bremse auch offen, wenn man die Spannung deutlich reduziert. Dieses Verhalten nutzt der neue ROBA®switch von Mayr, indem er die Bremse zum Lüften kurzzeitig mit 24 VDC ansteuert und dann auf eine wählbare reduzierte Haltespannung umschaltet. Bis zu 75 Prozent Energiekosten können so gespart werden.
Bei der Entwicklung von elektromagnetischen Sicherheitsbremsen wird der magnetische Fluss durch konstruktive Gestaltung und Werkstoffwahl so optimiert, dass die geforderte Magnetzugkraft mit möglichst geringer Spulenleistung erreicht wird. Optimale Auslegung der Magnetspulen und magnetflussgerechte Konstruktion sind ein wichtiger Aspekt bei der Energieeinsparung. Ein weitaus größeres Einsparpotenzial bietet sich aber im Betrieb. Mögliche Energieeinsparung bei ROBA-stop®-M Sicherheitsbremsen durch Ansteuerung mit ROBA®-switch. Die Berechnung basiert auf 3000 Betriebsstunden pro Jahr und einem Energiekostensatz von 0,20 € pro kWh.
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Energie-Einsparung bei Hochleistungsgetrieben mit halbierter Verlustleistung nach dem etaX®-Prinzip	13.04.07

RENK Aktiengesellschaft
Die Entwicklung der RENK Hochleistungsgetriebe hat sich den kontinuierlich ansteigenden Anforderungen des Marktes bezüglich Leistung und Zuverlässigkeit angepasst. Mit 140 MW Übertragungsleistung hat RENK bereits 1998 das größte Turbogetriebe der TAX-Baureihe vorgestellt. Über 100 Getriebe mit Leistungen von ca. 70 bis 140 MW wurden inzwischen an die Kunden ausgeliefert und sind seit mehreren Jahren in Betrieb. RENK-Turbogetriebe mit verlustleistungsoptimierter etaX®- Technologie für 100 MW Leistungsübertragung Bei der Übertragung einer derart großen Leistung in einem einzigen Zahneingriff werden an die Tragfähigkeit der Verzahnung höchste Anforderungen gestellt. Dies bedingt einen sorgfältigen und streng kontrollierten Herstellungsprozess, beginnend mit der Erschmelzung des Spezialstahles, über dessen Verschmiedung und Wärmebehandlung bis hin zur hochgenauen Fertigung der Verzahnung mit gezielten Verzahnungskorrekturen. Die konstruktive Auslegung berücksichtigt dabei nicht nur die Tragfähigkeit der Verzahnung, sondern auch die Einflüsse aus Verformung infolge Belastung und Temperatur.
Auch die ebenfalls bei RENK, Werk Hannover, speziell entwickelten und gefertigten Gleitlager tragen trotz hoher Umfangsgeschwindigkeiten zu einem optimalen Betriebsverhalten über den gesamten Drehzahl- und Leistungsbereich bei günstigen Betriebstemperaturen und niedriger Verlustleistung bei. Mit etaX® bezeichnet RENK ein Turbogetriebe, bei dem es durch konstruktive Maßnahmen gelungen ist, den ohnehin bereits hohen Wirkungsgrad konventioneller RENK Getriebetechnik weiter zu verbessern. Das Getriebe wird in Anlagen großer Leistung, ab etwa 30 MW, bei gleichzeitig hohen Umfangsgeschwindigkeiten in der Verzahnung eingesetzt. Beim etaX®-Getriebe wurde die bisherige durch physikalische Gesetze gegebene Verlustleistung nahezu halbiert. Dies entspricht bei einer 90-MW-Kraftwerksanlage einem Leistungsgewinn von 650 kW. Für den Kraftwerksbetreiber bedeutet dies einen geldwerten Vorteil von bis zu € 250.000 p.a.
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Praktischer Einsatz von simulation zur Energieeinsparung in Hydrauliksystemen	13.04.07

SAUER-DANFOSS GmbH & Co OHG
Bei Fahrzeugherstellern mobiler Arbeitsmaschinen fand der Wunsch zu niedrigem Kraftstoffverbrauch schon immer Beachtung, wurde jedoch wegen erhöhter Herstellkosten nur selten umgesetzt. Heutzutage fordern gestiegene Kraftstoffkosten sowie ständig steigende Anforderungen durch Abgasemissionen jedoch einen starken Fokus auf geringen Kraftstoffverbrauch. Der Kraftstoffverbrauch in mobilen Arbeitsmaschinen hängt neben Fahrzeugtyp und spezifischem Einsatz insbesondere von der Wahl des installierten hydraulischen Systems ab. Um ein solches Hydrauliksystem, welches den Fahrantrieb, Lenkung und verschiedenste Arbeitsfunktionen enthalten kann, energetisch zu optimieren, waren in der Vergangenheit aufwendige praktische Tests an Prototypen erforderlich. Mit dem Einsatz des Berechnungsprogramms "EnergyCalc" gelang es SauerDanfoss bereits vor Jahren den Energieverbrauch zu berechnen und dadurch den praktischen Aufwand zu reduzieren.
Am Beispiel eines Müllfahrzeuges wurde der repräsentative Lastzyklus in der Praxis gemessen. Für diesen Lastzyklus wurden dann mit "EnergyCalc" verschiedene hydraulische Systeme berechnet. Die Berechnungen ergaben eine Kraftstoffeinsparung von 25 Prozent, die auch nach der praktischen Umsetzung verifiziert werden konnten. Die Mehrkosten des gewählten Hydrauliksystems wurden in weniger als einem Jahr durch die Kraftstoffersparnis amortisiert. Die Berechnungen des Energieverbrauchs erfolgt in "EnergyCalc" rein statisch, zur Berücksichtigung dynamischer Vorgänge wie der Beschleunigung und Abbremsung schwerer Lasten inklusive Energierückgewinnung wird jedoch eine dynamische Simulation benötigt. Folglich setzt man jetzt bei SauerDanfoss auf die dynamische Simulation zur Bestimmung des Energieverbrauchs.
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Energieeffiziente Antriebslösungen steigern die Produktivität	13.04.07

Siemens AG Automation and Drives
Rapide steigende Energiekosten um fast 50 Prozent in nur einem Jahr und die Folgen des globalen Klimawandels machen Energieeffizienz zu einem immer wichtigeren wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Faktor. Auf elektrische Antriebe entfällt ein Anteil von rund zwei Drittel des industriellen Energieverbrauchs. Hier können Maschinenhersteller und Automatisierungspartner gemeinsam erhebliche Potentiale zur Energieeinsparung und somit zur Steigerung der Produktivität der Anwenderbetriebe realisieren. Das gilt für Neumaschinen ebenso wie für Modernisierung bestehender Anlagen. Voraussetzung ist in beiden Fällen die Betrachtung der zusammenwirkenden Systeme und die die Betrachtung von Lebenszykluskosten. Die Energieeffizienzanalyse ist heute mit rechnergestützten Tools und entsprechendem Fachwissen einfach durchzuführen. Erfahrungen zeigen, dass gerade in Bestandsanlagen der Grundstoffindustrie noch erhebliche Einsparmöglichkeiten vorhanden sind. Energiemanagementsysteme, richtig eingesetzte Antriebstechnik mit Energiesparmotoren beziehungsweise Motoren mit Frequenzumrichtern sind der Schlüssel zum energieeffizienten Betrieb von Maschinen und Anlagen.
Standardisierte Power Management Lösungen schaffen Transparenz der Energieflüsse und Verbrauchsstellen in der Fertigung und zeigen damit Handlungsoptionen auf. Auf Basis automatischer und sichtbarer Verbrauchsanalysen machen sie die Einsparpotenziale deutlich, unterstützen das Energiemanagement und ermöglichen damit erfahrungsgemäß eine Senkung der Betriebskosten um bis zu 20 Prozent. Allein durch sachgerecht eingesetzte elektrischer Antriebstechnik lassen sich nach Berechungen in Deutschland pro Jahr rund 290 Mio. Euro Stromkosten einsparen und die Atmosphäre um 1,6 Mio. t CO2 entlasten. Die höheren Anfangsinvestitionen für energieeffiziente Antriebe amortisieren sich nach rund zwei Betriebsjahren.
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Energieeffizienz in der Antriebstechnik - Betrachtung des Kopplungsfaktors	13.04.07

WITTENSTEIN AG
Mechatronische Systeme, bestehend aus Motor und Getriebe, stellen das Herzstück jeder Antriebsaufgabe dar. Neben den Forderungen nach optimaler Positionierzeit, kompakter Abmessung und geringem Gewicht stellt sich die Energieeffizienz immer mehr in den Vordergrund. Hinsichtlich der Wirkungsgrade einzelner Komponenten sind die Verbesserungspotenziale für die Zukunft relativ gering. Servogetriebe erreichen bereits heute Wirkungsgrade von 97 Prozent bei einstufiger bzw. 93 Prozent bei zweistufiger Ausführung. Servoantriebe, in der Regel ausgeführt als Permanentmagnet erregte Synchronmotoren, besitzen ebenfalls einen sehr guten Wirkungsgrad von ca. 92 Prozent. TPM+: Der Energiesparer Das größte Einsparungspotenzial liegt im Einsatz von kleineren Antrieben mit geringen Trägheitsmomenten. Je weniger Leistung der Motor für sich beansprucht und desto mehr in die Applikation gelangt, desto höher ist die Energieeffizienz. Besonders interessant ist diese Betrachtung bei dynamischen Antriebsaufgaben: Im statischen Zustand richtet sich die Leistungs- bzw. Drehmomentbedarf nach den Reibungsverlusten in der Applikation und Getriebe bzw. elektrischen Verlusten im Motor. Im dynamischen Zustand, d. h. beim Beschleunigen, wird die meiste Leistung/ Drehmoment benötigt.
Der Graph zeigt die Abhängigkeit des Wirkungsgrades vom Kupplungsfaktor Bei Antriebsauslegungen wird in der Regel ein Kopplungsfaktor zwischen 1 und 3 ( ) angestrebt, da hier mit geringem Aufwand ein robustes Regelverhalten im Servoregelsystem erzielt wird. Grund hierfür ist jedoch nicht der Kopplungsfaktor, sondern der Einfluss von mechanischen Elastizitäten. Im klassischen Aufbau werden Motor und Getriebe mittels einer Wellenkupplung miteinander verbunden. Diese Art der Verbindung bringt einen zusätzlichen Anteil an Trägheitsmoment sowie eine Reduzierung der mechanischen Steifigkeit mit sich. Bei den Servoaktuatoren TPM+ wird diese Verbindungsart bewusst vermieden und das Sonnenrad des Getriebes direkt in die Motorwelle eingepresst. Solche konstruktiven Maßnahmen erlauben Kopplungsfaktoren im Bereich >10. Unterstützt wird dies durch die hohe Verdreh- und Kippsteifigkeit und das geringe Verdrehspiel der Planetengetriebe. Den Praxistest haben die kompakten Servoaktuatoren TPM+ mehr als 20 000 Mal bei dynamischen und komplexen Antriebsaufgaben bestanden.
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2. Auflage "Energieeffizienz in der Antriebs- und Fluidtechnik"

Responsible for this page: Jörn Lehmann