Antrieb als System betrachten

Frequenzumrichter bringt für Betreiber schwarze Zahlen und grünes Image

Für Politik und Öffentlichkeit ist der Klimawandel Realität und endgültig aus der grünen Ecke herausgekommen. Spätestens seit dem Sir-Nicolas-Stern-Bericht, dem IPCC-Report über den weltweiten Klimawandel und der Klimakonferenz im September 2007 sieht man Energieeffizienz als „ein Gebot der wirtschaftlichen Vernunft“. So steht auch bei Lenze die Aufgabe im Fokus, durch den Einsatz von Produkten mit elektronischer Drehzahlregelung Energie effizient und sparsam in Bewegung umzusetzen. Schon seit Jahren hat das Unternehmen systematisch den größten Problemlöser, die zuverlässige und energieeffiziente Antriebssystematik, weiterentwickelt und auch das Marktpotenzial LCC/TCO integriert. * Volker Bockskopf

Die bedarfsgerechte Drehzahlregelung nimmt bei den möglichen Einsparungen von Betriebskosten laut ZVEI einen Anteil von 30 Prozent ein. Mechanische Systemoptimierungen bringen es sogar auf 60Prozent. „Die Ausschöpfung dieser Einsparpotenziale ist mit heute verfügbarer Technik möglich“, unterstreicht Dr. Edwin Kiel, Leiter des Bereichs Innovation bei Lenze und Vorsitzender des Arbeitskreises Energieeffizienz in der Antriebstechnik beim ZVEI. Der Verband hat die Energieeffizienz zu seinem Schwerpunktthema („Energieeffizienz ist unsere Sache“) gemacht.

Es ist an der Zeit, Antriebssysteme auf Effizienz und Energieverbrauch zu durchleuchten und bei Investitionsentscheidungen die Total Costs of Ownership (TCO) von Maschinen und Anlagen verstärkt in den Fokus zu setzen. Angesichts der Tatsache, dass die reinen Anschaffungskosten — so der VDMA — lediglich einen untergeordneten Anteil der TCO ausmachen, ist vor allem bei den Betriebskosten und ihrem Verhältnis zum Anschaffungspreis der Rotstift anzusetzen. Lenze hat hierfür ein „Energieeffizienz-Sparpaket“ entlang der LCC/TCO-Systematik geschnürt.

Bei der Anschaffung die TCO nicht außer Acht lassen

Sie ist da, die Freigabe der Investitionsentscheidung für die dringend benötigte Förderstrecke. Der Einkauf hat bereits Preise eingeholt und steht vor der Beurteilung des besten Angebotes. Die Preisspanne ist dabei breit ausgefallen. Hersteller von hochwertigen Maschinen und Anlagen werden es jetzt schwer haben, sich argumentativ gegen billige Konkurrenz durchzusetzen und den Zuschlag zu erhalten.

Jetzt gilt es aufzupassen, denn häufig werden nur simple Preisvergleiche angestellt und die TCO komplett ausgeblendet. Vorteile wie höhere Zuverlässigkeit und Lebensdauer sowie geringerer Energieverbrauch geraten aktuell immer noch zu häufig ins Hintertreffen.

Betriebskosten: Katalogdaten vergleichen lohnt sich

Getriebemotoren sind in der Fördertechnik von Logistikzentren zu Tausenden im Einsatz. Bei der Projektierung von Anlagen leiten sich die notwendigen Leistungen und Drehmomente zunächst aus den zu transportierenden Massen ab. Sind diese ermittelt, lassen sich Komponentenpreise unterschiedlicher Hersteller anhand von Katalogseiten und Labels wie z.B. „Öko-Motor“ recht einfach vergleichen.

Doch wie sieht es mit Wirkungsgrad und Energieverbrauch des gesamten Antriebssystems aus? Wie lang sind die Wartungsintervalle und welcher Aufwand ist mit geplanten und ungeplanten Instandhaltungsarbeiten verbunden? Hier heißt es, bei der Auslegung eines Antriebs die richtigen Fragen zu stellen. Lenze beispielsweise unternimmt diese Berechnungen auf Basis des VDMA-Einheitsblatts 34160 „Prognose der Lebenszykluskosten“. Die TCO sind ein wichtiger Baustein, um mittel- und langfristig das günstigste Angebot zu wählen.

Wartungskosten: Verfügbarkeit sicherstellen

Maschinen sind nur dann wirtschaftlich, wenn sie einwandfrei arbeiten. Diese Verfügbarkeit berechnet sich aus der Kennlinie der mittleren Zeitdauer zwischen zwei Fehlern (MTBF, mean time between failures) und der mittleren Zeit zur Reparatur (MTTR, mean time to repair). Die Angabe der MTBF bei Komponenten ist aufwändig, da kein Hersteller vor dem Verkauf einer Neuentwicklung diese jahrzehntelang testen kann. Dennoch ist die Zuverlässigkeit der Komponente dem Maschinenbauer nachzuweisen.

Lenze erreicht dies durch Lebensdaueruntersuchungen sowie Langzeit-, Verschleiß- und Stresstests während des Entwicklungsprozesses. Eine wichtige Grundlage zur Ermittlung der MTBF sind ferner die konkreten Daten aus dem Markt. Insofern wertet Lenze auch die aufsummierten fehlerfreien Betriebsstunden von Komponenten — gespiegelt an der gelieferten Anzahl — strukturiert aus und lässt sie in die MTBF einfließen. Mit dieser Kennzahl in der Hand lassen sich schließlich gesicherte Aussagen, beispielsweise über Wartungsintervalle, treffen.

Im Betrieb mit dem Drei-Säulen-Modell sparen

Angesichts immer schnellerer Lieferketten arbeiten die Anlagen rund um die Uhr an 365 Tagen im Jahr. Die Kosten für die eingesetzte Antriebstechnik sind mit einem Anteil zwischen zehn und 15 Prozent — bezogen auf die TCO —recht gering. Der Anteil der Energiekosten — begründet durch die lange Betriebsdauer —nimmt mit bis zu 40 Prozent hingegen den Löwenanteil ein. Hier durch optimierte Mechaniken Ressourcen zu sparen — sprich den Energieverbrauch zu senken — drückt also die Kosten deutlich nach unten.

Analog zum ZVEI setzt Lenze auf drei Säulen: 1. elektronische Drehzahlregelung durch Einsatz von Umrichtertechnik, 2. Verlustreduzierung durch kraftschlüssige Getriebe-Motor-Kombinationen und 3. auf Bewusstseinsbildung bei den Anwendern und Einkäufern. Der Effizienzmotor spielt hierbei nur die zweite Geige. Zukünftig wird Lenze die Basisanforderungen an seine Motoren gemäß der Markt- und Verbandsaktivitäten CEMEP (European Committee of Manufacturers of Electrical Machines and Power Electronics) nach dem Energieverbrauch weiterhin erfüllen und klassifizieren. Wegen der rasant steigenden Stromkosten werden Einsparungen im Energieverbrauch zu einem immer bedeutenderen Faktor in der Wettbewerbsfähigkeit. CO₂-Emmissionen zu senken, ist in diesem Zusammenhang die gesellschaftliche Herausforderung schlechthin.

Betriebsbedingungen analysieren, Anlage optimieren

Es ist die genaue Analyse der Betriebsbedingungen einer Anlage mit dem Grad der Auslastung und der geplanten Lebensdauer, die festlegt, wie die Antriebstechnik optimal auszulegen ist. So kann eine knappere, damit bezogen auf den Einstandspreis günstigere, Auslegung im laufenden Betrieb höhere Folgekosten durch Wartung und Instandhaltung nach sich ziehen.

Werden Antriebe hingegen höher ausgelegt, steigt nicht nur ihre Lebensdauer, sondern auch geringere Wartungskosten gehen durch diese Auslegung einher. Lenze verfügt über einen umfangreichen und modular aufgebauten Getriebemotorenbaukasten und ist damit in der Lage, hier die passenden Lösungen zu liefern. Know-how und Partnerschaft sind gefragt, damit bereits bei der Planung die richtigen Weichen gestellt werden.

Prognosemodell: Berechnung standardisieren

Mit dem Prognosemodell nach dem VDMA-Einheitsblatt 34160 hat Lenze beispielhaft die Total Costs of Ownership eines Getriebemotors untersucht. Dieser treibt einen Rollenförderer in einer komplexen Logistikanlage an. Die Kundenerwartung für den störungsfreien Betrieb solch eines Antriebs liegt bei fünf bis acht Jahren. Wichtige Eingangsgrößen für die Berechnung der Lebenszykluskosten sind Preis, Belastung und tägliche Betriebszeit. Lässt sich für einen Getriebemotor mit 0,37 kW Antriebsleistung grundsätzlich die Antriebsaufgabe mit zwei unterschiedlichen Getriebegrößen realisieren, zeigt sich, dass im Einschichtbetrieb der kleine Antrieb ca. 1 Prozent geringere Lebenszykluskosten aufweist. Eine deutlich andere Situation ergibt sich im Dreischichtbetrieb. Hier hat der größere Antrieb etwa 12 Prozent geringere Lebenszykluskosten.

Diese genannten „Sparpakete“ sollen Ansatzpunkte zu mehr Kosten- und Energieeffizienz aus dem Blickwinkel des Betreibers darstellen und die zu hinterfragenden Aspekte unkonventionell beleuchten. Wegen der steigenden Stromkosten und den CO₂-Reduktionspotenzialen durch geregelte Antriebstechnik ist dies auch unter Wirtschaftlichkeits- und Imageaspekten ein Gebot geworden. Die Methodik TCO/LCC gemäß VDMA-Einheitsblatt 34160 sollte zum Standardverfahren werden, da es mit transparenten Methoden Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und Kostenverursacher ermittelt und beziffert. Die interessierten Gruppen von Anwendern, Einkäufern und OEM erhalten zudem die Möglichkeit, mit dieser Berechnung Eingangsgrößen zur Beurteilung einer kompletten Anlage zu erlangen. Angesichts des Trends zu Energiesparen und Einkauf von kompletten Paketen und Lösungen bis hin zu Verfügbarkeitsgarantien nehmen TCO-Berechnungen weiter an Bedeutung zu. Dabei obliegt vor allem der Betrachtung der drei genannten Effizienzsäulen der höchste Stellenwert. Darüber hinaus wird es in Zukunft ein entscheidender Wettbewerbsvorteil sein, Energiesparpotenziale aufzeigen zu können, wie es heute beim Energielabel für Gebäude und weiße Ware bereits möglich ist. Die kommende EUP-Richtlinie ist ein sicheres Indiz dafür.

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