Energieeffizienz mit Sinumerik Ctrl-Energy
Für sparsame und produktive Werkzeugmaschinen
Die Siemens-Division Drive Technologies bietet mit Sinumerik Ctrl-Energy ein komplettes Angebot an Automatisierungs-, Antriebstechnik- und Software-Komponenten sowie Dienstleistungen für Werkzeugmaschinen (WZM). So ausgestattet lässt sich jede WZM besonders energieeffizient über den gesamten Lebenszyklus betreiben bei gleichzeitig hoher Produktivität.
Umfangreiche Service- und Beratungsleistungen zum optimalen energieeffizienten Aufbau und Betrieb einer Maschine ergänzen das Spektrum. Über die Tastenkombination 'Ctrl' und 'E' auf der Bedientafel kann der Maschinenbediener direkt auf das Energiemanagement seiner Maschine zugreifen beispielsweise den Stand-by-Energiesparmodus oder die Ermittlung der Energiebilanz.
Energieeinsparung gewinnt in der Industrie zunehmend an Bedeutung wegen steigender Energiekosten, strengerer Umweltauflagen oder einer angestrebten Zertifizierung nach der internationalen Norm zur Energieeffizienz EN16001. 40 Prozent des Gesamtstromverbrauchs entfielen laut EU-Kommission im Jahr 2007 auf die industrielle Produktion davon allein 70 Prozent auf elektrische Antriebssysteme. Der Anteil der Werkzeugmaschine am Energiebedarf kann je nach Unternehmen bis zu 68 Prozent betragen. Energieeffizienz in der Fertigung trägt somit entscheidend zur Kostenreduktion von Anlagen bei und verbessert so die Wettbewerbsfähigkeit.
Vor diesem Hintergrund hat Siemens eine energetische Betrachtung der einzelnen Komponenten der WZM durchgeführt, um mit Sinumerik Ctrl-Energy signifikante Einsparungen im Energieverbrauch zu erzielen.
Siemens bietet mit Sinumerik Ctrl-Energy ein breites Lösungsspektrum für den energieeffizienten Betrieb von Werkzeugmaschinen bestehend aus Sinamics-Antriebssystemen und Motoren, CNC- und Antriebsfunktionen, PC-Softwarelösungen sowie Dienstleistungen. Sinumerik Ctrl-Energy bietet energieeffiziente Lösungen für den gesamten Lebenszyklus der Maschine - von der Maschinenkonstruktion über die Nutzungsphase der Maschine bis hin zur teilweisen oder kompletten Runderneuerung. Somit bietet Sinumerik Ctrl-Energy sowohl für den Maschinenhersteller als auch für den Maschinenanwender eine breit angelegte Basis für effizientes Wirtschaften.
Ctrl-E-Funktionen für das Energiemanagement
Mit der einfachen und einprägsamen Tastenkombination 'Ctrl' und 'E' auf der Bedientafel ermöglichen die Sinumerik-Steuerungen eine schnelle Auswertung des Energieverbrauchs der Maschine sowie das Management des Energieverbrauchs in Stillstandszeiten. Mit der Funktion 'Ctrl-E Analysis' erfassen Sinumerik-Steuerungen nicht nur den Energieverbrauch des Antriebssystems, sondern den Energieverbrauch der gesamten Maschine. Dies ermöglicht dem Maschinenanwender, den Energieverbrauch pro Werkstück zu analysieren und daraus Verbesserungen bei der Bearbeitungsstrategie abzuleiten. Die Funktion 'Ctrl-E Profiles' ist für den Maschinenhersteller zudem eine Plattform zur Projektierung von Energiespar-Modi der Maschine. Damit lassen sich Energieverbraucher in Stillstandszeiten gezielt abschalten.
Sinamics-S120-Antriebssysteme erlauben dynamisches Energiemanagement im Zwischenkreis und verfügen über eine hoch effiziente Netzrückspeisung. Damit wird die anfallende Bremsenergie nicht mit Bremswiderständen in Wärme umgewandelt, sondern vorerst im Zwischenkreis gehalten und optional ins Stromnetz zurückgespeist. Sinamics-Antriebe und Siemens-Motoren sind konsequent unter Energieeffizienzaspekten entwickelt. So erreichen die integrierten Antriebsmodule von Siemens einen Wirkungsgrad von sehr hohen 97 bis 99 Prozent.
Mit einem Wirkungsgrad von bis zu 94 Prozent bei Synchrontechnik und bis zu 91 Prozent bei Asynchrontechnik bildet auch das Motorenspektrum von Siemens eine Basis für besonders energieeffiziente Maschinenkonzepte. In einer typischen Werkzeugmaschine entfallen mehr als 50 Prozent des Energieverbrauchs auf Nebenaggregate wie Hydraulikversorgung oder Kühl- und Schmieraggregate. Energiesparende 1LE-Normasynchronmotoren, die der ab 16. Juni 2011 gültigen EU-Verordnung 640/2009 entsprechen, bieten mit einem Wirkungsgrad von bis zu 97 Prozent wesentliche Potenziale zur Effizienzverbesserung der Nebenaggregate. Durch den Einsatz von Sinamics-G120-Frequenzumrichter kann die Drehzahl und somit der Energieverbrauch der Nebenaggregate an die jeweiligen Prozessanforderungen angepasst werden.
Flussabsenkung und Blindleistungskompensation helfen sparen
Sinamics-S120-Antriebssysteme ermöglichen eine automatische Flussabsenkung im Teillastbetrieb von Asynchronspindeln und verringern dadurch unnötige Wärmeverluste. Mit intelligenten Ein- und Rückspeisemodulen des Sinamics S120 kann die Blindleistung der kompletten Maschine vollständig kompensiert werden, sodass keine kostspieligen und verlustbehafteten Blindstromkompensationsanlagen beim Endanwender benötigt werden.
Auch Schaltschränke leisten einen Effizienzbeitrag
Der Aufbau des Schaltschranks und das damit verbundene Entwärmungskonzept haben einen merklichen Einfluss auf die Energiebilanz einer Maschine. Maschinenbauer erhalten von Siemens auf Wunsch einen kompletten, optimal dimensionierten Schaltschrank - auch unter energetischen Gesichtspunkten. Dafür gibt es verschiedene Kühloptionen, darunter zum Beispiel die 'Cold Plate'-Variante oder direkte Flüssigkeitskühlung, die den Klimatisierungsbedarf des Schaltschranks reduziert und die Abwärme der Antriebe an anderer Stelle als Prozesswärme für den Kunden nutzbar macht. Das Know-how von Siemens im Schaltschrankbau - bis hin zur Auswertung von Wärmebildaufnahmen - garantiert ein optimales Layout und somit eine maximale Energieeffizienz des Schaltschranks.
Projektierungstool Sizer- Gute Auslegung ist die Basis für Energieeffizienz
Das von Siemens bereitgestellte Projektierungs-Tool Sizer zur Antriebsauslegung berechnet den Energieverbrauch und die Verluste bei den zu erwartenden Lastzyklen (Hochlauf, Leerlauf, Lauf unter Last, Abbremsen, Zykluszeiten) sowie den Einfluss einer Rückspeisung. Damit wird eine einfache Bewertung der Energieeffizienz alternativer Motor-Umrichter-Kombinationen möglich. Die Auslegung der Vorschubachsen- und Hauptspindelantriebe kann damit in Bezug auf den Prozess und die darin zu erwartenden zyklischen Abläufe optimiert werden, insbesondere kann eine Überdimensionierung, auch der Einspeisung, vermieden und der Energieverbrauch minimiert werden.
Service- und Beratung mit Schwerpunkt Energiebetrachtung
Über die Antriebstechnik hinaus verfügt Siemens über weitere Lösungen für ein effizientes Energiemanagement. Mit dem Mechatronic Support bietet Siemens eine Dienstleistung zur ganzheitlichen mechatronischen Optimierung der Antriebssysteme einer Werkzeugmaschine an. Dabei fließen die dynamischen Eigenschaften der Antriebstechnik von Siemens realitätsgetreu in die Simulationen von Neumaschinen ein. Durch die gezielte iterative Optimierung in der Konstruktion werden dabei zum Beispiel die bewegten Massen ohne Beeinträchtigung der Produktivität oder der Lebensdauer reduziert - wodurch für gleiche Performance weniger Arbeit aufzuwenden ist und Antriebe mit geringerer Nennleistung in Betracht kommen. Als Resultat können aber auch Kugelrollspindeln oder Getriebemotoren durch Linear- oder Torque-Motoren eingesetzt und so Getriebeverluste vermieden werden.
