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Ausgewählte Ausgabe: 04-2017 Ansicht: Modernes Layout
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Energieeffizienz von Laserschneidmaschinen

In einem gemeinsamen Projekt führten die HTWK Leipzig und ein Industriepartner messtechnische Untersuchungen zum Energieverbrauch an einer Laserschneidmaschine durch. Um die Energieeffizienz zu bewerten, wurden die Verbrauchsdaten entsprechend analysiert. Dabei kamen sowohl univariate als auch multivariate Algorithmen der automatischen Klassifikation zum Einsatz.


Angesichts der Forderung nach immer niedrigeren Produktionskosten sowie einem langfristig zu erwartenden Anstieg der Energiepreise rückt die Verbesserung der Energieeffizienz bei Werkzeug- und Produktionsmaschinen zunehmend in den Fokus von Herstellern und Endanwendern. In einer Studie des PTW (Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen) der Technischen Universität Darmstadt wurde bereits vor einigen Jahren der Einfluss des Energieverbrauchs von Werkzeugmaschinen auf die Lebenszykluskosten untersucht. Es zeigte sich, dass bei einem Bearbeitungszentrum mittlerer Leistung je nach Einsatzbedingung die Energiekosten pro Jahr bis zu 9000 Euro betragen – und damit bis zu 20 % der jährlichen Gesamtbetriebskosten einer Fertigung ausmachen können [1]. Dieses sowie zahlreiche weitere Applikationsbeispiele (etwa in [2]) zeigen, dass es allein schon aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten lohnenswert ist, sich intensiv mit Maßnahmen zur Bewertung und Verbesserung der Energieeffizienz auseinanderzusetzen.
Grundvoraussetzung einer erfolgreichen Steigerung der Energieeffizienz bildet die Analyse der Ist-Situation des Energieverbrauchs. Erst wenn die Beziehungen der charakterisierenden Verbrauchergrößen untereinander ausreichend bekannt sind, lassen sich Hauptverbraucher identifizieren sowie Schwachstellen und Optimierungspotentiale erkennen.
Für die im beschriebenen Projekt durchgeführten Untersuchungen fanden umfangreiche Energieverbrauchsmessungen an einer Laserschneidmaschine der Firma Holl (www.holl-online.de) statt. Mit der Anwendung geeigneter Methoden sollten beispielsweise die Einflüsse verschiedener Maschinenzustände auf den Energieverbrauch der Maschine beziehungsweise deren Komponenten untersucht werden, um hieraus Aussagen zur Bewertung und Verbesserung von deren Energieeffizienz abzuleiten. Die Resultate der Messungen wurden hierzu entsprechend analysiert, wobei uni- sowie multivariate Algorithmen der automatischen Klassifikation zur Anwendung kamen. Sowohl die Durchführung von Verbrauchsmessungen als auch entsprechende Datenanalysen einschließlich Ergebnisinterpretation gehören zum umfangreichen Forschungs- und Dienstleistungsangebot des Projektpartners HTWK Leipzig [3].

Gegenstand der Untersuchungen und messtechnische Erfassung

Bei der untersuchten Maschine handelt es sich um das Modell „Bystar 3015“ von Bystronic (www.bystronic.de), Bild 1 – eine CO2-Laserschneidmaschine mit 6 kW Laserleistung, die beim Projektpartner Holl zum Einsatz kommt. Das Unternehmen aus Markkleeberg bei Leipzig verarbeitet Metall in verschiedenen Formen zu Bauteilen für den Maschinenbau, die Medizin- und die Werbetechnik sowie den Heizungs- und Lüftungsbedarf.

Bild 1.  Die Untersuchungen zur Energieeffizienz wurden an einer Laserschneidanlage „Bystar 3015“ durchgeführt.

Bild 1.
Die Untersuchungen zur Energieeffizienz wurden an einer Laserschneidanlage „Bystar 3015“ durchgeführt.


Die messtechnische Erfassung der Daten wurde mit dem digitalen Messgerät „Fluke 435 II“ durchgeführt. Dabei wurden die jeweiligen Messgrößen Strangspannung und -ströme der drei Phasen und des Neutralleiters direkt erfasst, andere wiederum aus diesen indirekt berechnet, unter anderem die Gesamtwirkleistung.

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Autoren

Prof. Dr.-Ing.  Mathias Rudolph

Jahrgang 1968, Professor für Industrielle Messtechnik an der Fakultät für Maschinenbau und Energietechnik der Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig (HTWK Leipzig)

M. Eng. Maik Wolf

Jahrgang 1988, wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Fakultät für Maschinenbau und Energietechnik der HTWK Leipzig

Dipl.-Ing. Ines Rathmann

Jahrgang 1967, ist Geschäftsführerin der Holl GmbH in Markkleeberg bei Leipzig.

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