Drehzahlvariable Pumpenantriebe

Sparsam vom Stamm bis zum Stiel

John Lewis Industrie, Hersteller von Stielen für Speiseeis mit Sitz in Kanada, reduzierte mithilfe des drehzahlvariablen Pumpenantriebs Sytronix von Rexroth den Energieverbrauch eines Hydraulikaggregats um 80 Prozent bei besserer Systemleistung.

In der Sytronix-Familie kombiniert Rexroth seine Hydraulikpumpen mit einem intelligenten Antrieb der IndraDrive Familie, je nach Performanceanforderung mit einem Standard Asynchronmotor oder einem hochdynamischen Servomotor und einer auf den variablen Betrieb optimierten Hydraulikpumpe. Die Auswahl der richtigen Regler-Motor-Pumpenkombination erleichtern mehr als 100 vorkonfigurierte Sets in drei Performanceklassen.

Nahrungsmittel müssen heute nicht nur gut schmecken und aussehen, sondern Verbrauchern auch ein gutes Gefühl geben. Wachsendes Augenmerk der Hersteller liegt daher auch auf einer Umwelt schonenden Produktion. Dies gilt besonders bei Speiseeis. In der Speiseeisherstellung geht der Trend zu hochwertigen Zutaten, das Marktpotential ist – nicht zuletzt deswegen – enorm. Einen großen Teil der dafür nötigen Holzstiele liefert das Furnierwerk der John Lewis Industries in der kanadischen Provinz Quebec: es produziert täglich mehr als 26 Millionen Eisstiele. Das Traditionsunternehmen versorgt bereits seit 1920 weltweit die führenden Eishersteller mit den nach strengen Qualitätsnormen gefertigten Stielen aus geschmacksneutralem Birkenholz. Dabei setzt das Unternehmen der Groupe Rémabec auf eine nach Forest Stewardship Council (FSC) zertifizierte nachhaltige Forstwirtschaft. Die Global Player der Nahrungsmittelindustrie erwarten von ihren Lieferanten darüber hinaus zunehmend einen geringeren Energieverbrauch, um den CO2-Fußabdruck ihrer Produkte möglichst klein zu halten.

In der Zuführungsanlage des Furnierwerks der John Lewis Industries reduziert ein drehzahlvariabler Pumpenantrieb Sytronix SvP 7000 den Energieverbrauch um 80 %.

Im Furnierwerk hebt ein hydraulisch angetriebener Kran die Baumstämme an, dreht sie und führt sie in das Furnierwerk ein. Dort werden sie in rund 1,2 Meter lange Teilstücke geschnitten und nach Qualität und Größe sortiert. Eine Drehvorrichtung schält das Holz über heißem Dampf. Danach bringt eine Stanzpresse das noch feuchte Furnier in die grobe Eisstielform. Nach dem Trocknen und der Feinbearbeitung der Kanten durchläuft jeder Eisstiel eine Qualitätskontrolle und erhält dann ein Brandzeichen, das Logo des Kunden.

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Bei Störungen in der automatischen Zuführung der Baumstämme führt der vom Aggregat angetriebene Kran die verkeilten Stämme dem Produktionsprozess zu. Diesen Vorgang steuern die Bediener manuell und umsichtig. Um flexibel genug reagieren zu können, läuft die Konstantpumpe ständig mit voller Kraft. Ein Druckbegrenzungsventil fördert den nicht benötigten Anteil des Förderstroms der Pumpe direkt zum Tank zurück. Die dadurch entstehenden Drosselverluste sind hauptsächlich für den schlechten Systemwirkungsgrad verantwortlich.

Einsparpotential von 80 Prozent

In einem Optimierungsprojekt betrachtete John Lewis, gemeinsam mit Energieeffizienz-Spezialisten von Bosch Rexroth, das Aggregat für die hydraulisch angetriebenen Achsen am Holzplatz. Über einen Zeitraum von vier Monaten installierte John Lewis zunächst Messinstrumente, um den tatsächlichen Stromverbrauch zu erfassen. Bei Teillast verbrauchte das Aggregat mehr als 12 kW. Dieser Wert steigerte sich bei Spitzenlasten auf mehr als 20 kW. Anhand des Lastzyklus errechneten die Spezialisten von Rexroth ein Einsparpotenzial von rund 80 Prozent, wenn John Lewis den Konstantantrieb durch den drehzahlvariablen Pumpenantrieb Sytronix SvP 7000 ersetzt.

Konstantantrieb versus drehzahlvariabler Pumpenantrieb

Beim Einsatz von Konstantantrieben läuft der Elektromotor mit immer gleicher Drehzahl. Die Druck- und Volumenstromregelung erfolgt durch hydraulische Verstellpumpen oder Ventile. Benötigt das System nicht die maximal installierte Leistung, regeln die Hydraulikpumpe oder Ventile den Systemdruck. Im Teillastbetrieb werden die Komponenten des Aggregates in einem schlechten Wirkungsgradbereich betrieben. Die vom Motor bereit gestellte Leistung geht zum Teil ungenutzt verloren und heizt zusätzlich das Öl auf. Das System benötigt daher darüber hinaus auch eine höhere Kühlleistung.

Bei drehzahlvariablen Pumpenantrieben dagegen passt der intelligente Antrieb die Drehzahl des Motors dem tatsächlichen Volumenstrombedarf an. In Zykluspausen oder im Teillastbetrieb senkt er die Drehzahl energiesparend ab und erzeugt nur so viel Förderstrom, wie der Bediener des Krans abruft.

Im Teillastbetrieb senkt der drehzahlvariable Pumpenantrieb Sytronix SvP 7000 den Energieverbrauch von mehr als 12 kW auf 2 kW.

Die entscheidende Rolle spielt die Software im Antrieb, denn sie muss alle Besonderheiten der Fluidtechnologie berücksichtigen und ausgleichen. Auf Basis der umfassenden Anwendungserfahrung in nahezu allen Branchen haben Rexroth-Softwareingenieure gemeinsam mit den Hydraulikspezialisten Best-in-Class-Regler entwickelt. Sie decken die unterschiedlichen Anforderungen der verschiedensten Anwendungen ab. Vordefinierte Funktionen und die offenen Schnittstellen für die Führungskommunikation vereinfachen die Integration auch bei bereits installierten Anlagen. Anwender müssen nicht zeitaufwändig programmieren. Es reicht, die vordefinierten Regler zu parametrieren.

Energie gespart, Systemverhalten verbessert

Nach dem Umbau bei John Lewis zeigte sich sofort die vorab berechnete Energieeinsparung von rund 80 Prozent. Im Teillastbetrieb senkt der drehzahlvariable Pumpenantrieb Sytronix SvP 7000 den Energieverbrauch von mehr als 12 kW auf gerade einmal 2 kW. Diese Werte validierte Rexroth mit einer mehrmonatigen Auswertung des Energieverbrauchs. Für Stéphane Pronovost, Projektleiter für den Umbau bei John Lewis Industries, zählen aber noch weitere Vorteile: „Wir reden ja nicht nur über die reine Energieeinsparung, sondern über eine erhebliche Geräuschreduzierung und ein besseres Systemverhalten.“ Drehzahlvariable Pumpenantriebe Sytronix reduzieren die mittlere Geräuschemission ohne weitere Schallschutzmaßnahmen um bis zu 20 dB(A). Das verbessert den Arbeitsschutz für die Mitarbeiter von John Lewis und passt zum Nachhaltigkeitsansatz des Unternehmens.

Die bedarfsgerechte Regelung passt sich hochdynamisch dem tatsächlichen Verbrauch an. Dabei gleichen die integrierten Regler die Besonderheiten der Fluidtechnologie so geschickt aus, dass der Anwender keine Justierungen vornehmen muss. Während beim alten System der Druck innerhalb eines Zyklus um mehr als 50 Prozent einbrach, verbesserte Sytronix diesen Wert durch die hohe Systemdynamik, auf nur noch 15%. Dadurch bewegt sich der Kran wesentlich feinfühliger und produktiver. „Das System arbeitet nach der Umrüstung sehr präzise und hält den Druck unabhängig von der Auslastung stets konstant“, fasst Stéphane Pronovost seine Erfahrungen im täglichen Betrieb zusammen. Zusätzlich verringert Sytronix den Kühlbedarf, da sich das Öl wesentlich weniger als vorher erwärmt – das senkt den Energiebedarf weiter und erhöht die Standzeit des Hydrauliköls.

„Ich hoffe, dass sich diese Technologie als Industriestandard für alle Hydraulikaggregate der Zukunft durchsetzen wird“, betont Stéphane Pronovost. Seinen Teil trägt er dazu bei: John Lewis prüft bereits die Umrüstung eines weiteren Aggregats.

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