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Der richtige Durchblick erhöht den Erfolg

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Energieintensive Fertigungen wie in der Kunststoffindustrie bergen große Einsparpotenziale. Diese sollten die Unternehmen in jedem Fall ausschöpfen. Sie erfüllen damit nicht nur gesetzliche Vorgaben, sondern können sich klare Wettbewerbsvorteile sichern. Wer seine Effizienz steigern will, muss jedoch seinen Verbrauch kennen und optimieren – aber nicht jede Analyse eignet sich gleichermaßen.

Weil Ressourcen begrenzt sind, gehört Effizienz zu den viel diskutierten Themen. Für die Industrie formuliert die Politik Einsparziele: Verarbeiter werden mit neuen Richtlinien, Standards und Normen konfrontiert. Dabei ist Effizienz nicht nur notwendiges Übel, sondern birgt auch Chancen für die Unternehmen.

Sie zahlt sich vor allem für jene aus, die sich schneller als andere Wissensvorteile erarbeiten. Dieses Know-how kann sich in einer verbesserten Unternehmensleistung niederschlagen. Die Kunststoffverarbeitung zählt zu den energieintensiven Technologien und beschäftigt sich zwangsläufig mit der Frage nach Einsparpotenzialen beim Energieverbrauch.

Effizienter werden, aber wie?

Der Ruf nach Effizienzsteigerung wirft sofort die Frage nach einer Bezugsgröße auf: Wo stehen wir heute und woran wollen wir die Effizienzsteigerung messen? Über viele Jahre hinweg hat sich in der Industrie der spezifische Energieverbrauch (SEC: Specific Energy Consumption) als Messwert etabliert. Er gibt Auskunft über den Energieverbrauch, bezogen auf eine bestimmte Durchsatzmenge an Material. Um den SEC zu ermitteln, ist es notwendig, den Bezugsrahmen klar zu definieren.

Ein Unternehmen verarbeitet zum Beispiel pro Jahr 40 Tonnen Material und verbraucht 100 MWh Energie. Werden die beiden Werte in Relation gesetzt, ergibt dies den sogenannten S-SEC (Site Specific Energy Consumption). Das ist der spezifische Energieverbrauch einer Fabrik mit der physikalischen Einheit kWh/kg. Im Beispiel wären das 100.000 kWh/40.000 kg, also 2,5 kWh/kg.

Effizienz von Maschinen vergleichen

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Der historische Verlauf des maschinenbezogenen spezifischen Energieverbrauchs (M-SEC) am Beispiel der Spritzgießtechnologie. Die aktuellen Weiterentwicklungen werden zu weiteren Effizienzsteigerungen der europäischen Maschinenpopulation führen.

Analog dazu lässt sich ein M-SEC (Machine Specific Energy Consumption) festlegen, also der spezifische Energieverbrauch einer Verarbeitungsmaschine. Dieser Wert – abhängig vom jeweiligen Produkt – gibt Aufschluss über die Energieeffizienz einer Verarbeitungsmaschine.

Soll eine Maschine ersetzt werden und liegen von repräsentativen Produkten bereits Vergleichsdaten vor, so liefert der M-SEC aussagekräftige Informationen, die die Kaufentscheidung erleichtern. Um den M-SEC ermitteln zu können, bieten manche Maschinenhersteller in ihren Steuerungen Energieanalysetools an, die Auskunft unter anderem zu Gesamtenergie- oder Energieverbrauchen in den einzelnen Prozessphasen liefern.

Steigende Produktivität liefert höhere Effizienz

Urbanek Otto_Comparison Energy Consumption
Werden die Verbrauche von Maschinen und Fabriken in Bezug auf die jeweilige Verarbeitungstechnik verglichen, zeigen sich schnell die Unterschiede der wichtigsten Kunststoff-Verarbeitungstechnologien hinsichtlich M-SEC und S-SEC sowie die nach den europäischen Kunststoff-Verbrauchsdaten (Jahr 2008) gewichteten Mittelwerte.

Obwohl die Energieeffizienz bei der Entwicklung nicht im Fokus stand, wurden Maschinen kontinuierlich effizienter. Die Forderung nach höherer Produktivität hat neue Maschinenkonzepte und neue Technologie bedingt. Das führte automatisch zu einer verbesserten Energieeffizienz. Die aktuellen technologischen Lösungen, speziell in der Antriebstechnik, lassen auch für die nächsten Jahre deutliche Effizienzgewinne erwarten. Besonders ausgeprägt ist diese positive Entwicklung für zyklische Prozesse, wie Spritzgießen und Blasformen.

Gerade zyklische Pausen sind beträchtliche Energiefresser und liefern durch den Einsatz von Servoantriebstechnik Potenzial für große Einsparung. Die notwendige Erneuerung der Maschinenpopulation mit dieser Technologie verspricht für die Zukunft deutliche Verbesserungen.

Wie sich die Effizienz einer Fabrik entwickelt, lässt sich für jedes Unternehmen einfach darstellen. So werden zum Beispiel über mehrere Jahre hinweg die Energieverbrauche betrachtet und zur Ausstoßmenge an Produkten ins Verhältnis gesetzt (S-SEC). Nennenswert ist, dass die spezifischen Verbrauche von Maschinen und Fabrik, aber auch die Verarbeitungstechnologien sehr unterschiedliche Größenordnungen annehmen.

Produktbezogener Energieverbrauch verschafft Klarheit

Urbanek Otto_Analysis P-SEC
Die große Lücke zwischen maschinenbezogenen und fabrikbezogenen Verbrauchswerten bildet den Ansatzpunkt für die Analyse eines produkt- oder prozessspezifischen Energieverbrauchs. Der Energiebrauch der Fabrik beträgt ein Vielfaches der aufzuwendenden Prozesswärme für den Ur- oder Umformprozess.

Unabhängig von der eingesetzten Technologie kann der Energieverbrauch als Faustformel definiert werden, und zwar im Verhältnis 9 : 3 : 1.

-1 steht für den Wärmeeintrag in das Material, der für den Formvorgang nötig ist.

-~ 3 Mal größer ist der Energiebedarf der Maschine einschließlich des Wärmeeintrags.

-~ 9 Mal größer als der Wärmeeintrag ist der Energiebedarf der Fabrik.

Ist für die Urformung eines Kunststoffteils die physikalisch theoretische Energiemenge von 1 kWh erforderlich, dann müssen heute tatäschlich 9 kWh eingesetztund bezahlt werden (Mittelwert Europa, gewichtet nach Verarbeitungstechnologien, Stand 2011). Die Frage, welche Energieverbrauche konkret für ein bestimmtes Produkt anfallen, wird heute kaum beantwortet werden können. Die Kostenanteile sind nicht aufgeschlüsselt.

Um die riesige Lücke zwischen den Verbrauchen von Fabrik und Maschine zu schließen, ist es unumgänglich, Energieverbrauchsinformation prozess- oder produktbezogen zu sammeln und zu analysieren (P-SEC: Product/Process Specific Energy Consumption). Der P-SEC wird damit für den Verarbeiter die entscheidende Information, um produktspezifische Energiekosten zu kennen und zu optimieren. Nicht prozessbezogener Energieverbrauch für die Gebäudeinfrastruktur wie Licht, Lüftung oder Klima lässt sich dann herausschälen.

Verstehen, wofür Geld ausgegeben wird

Der erste Analyseschritt besteht darin zu verstehen, wie Ressourcen eingesetzt werden respektive wo Geld ausgegeben wird. Das Ziel ist, Zusammenhänge zu erkennen und Verschwendung zu entdecken. Erst danach lassen sich wirkungsvolle Maßnahmen entwickeln, um effizienter und wirtschaftlicher zu werden. Zwei Ansätze lassen sich unterscheiden:

-Lösungsweg 1: punktueller Ansatz In einer einmaligen Analyse erfolgt eine Bestandsaufnahme der Ist-Situation: Energieflüsse werden visualisiert, Effizienzpotenziale werden identifiziert. Im Anschluss wird daraus ein Maßnahmenkatalog entwickelt. Nach dessen Umsetzung werden die Ergebnisse überprüft. Dieser Ansatz stellt einen guten ersten Schritt dar in Richtung Effizienzgewinn. Zudem fördert er das Bewusstsein für neue Qualität. Allerdings wird bei diesem Weg kein Werkzeug installiert, das einen Prozess in Gang setzen und halten würde.

-Lösungsweg 2: kontinuierliches Monitoring Ausgehend von der Produktionsmaschine wird das gesamte Produktionsumfeld erfasst, einschließlich zentraler Funktionen, auf die das Produktionssystem zugreift. Energieflüsse werden transparent, indem Messfühler für Temperatur, Durchflussmengen und Druck angebracht und Schaltzeiten erfasst werden. Diese Transparenz der Zusammenhänge und der Kosten werden Überlegungen zur laufenden Verbesserung und Optimierung vorantreiben.

Für die erfolgreiche Realisierung eines Monitoring-Konzepts bedarf es folgender Voraussetzungen:

-Kompetente Strukturanalyse der Produktionsumgebung samt vorbereitender Planung

-Skalierbare Systemlösung, einfach hinsichtlich Installation und Handhabung

-Konfigurierbares Softwaretool zur kundenspezifischen Auswertung der Daten

Effizienter und erfolgreicher durch Energiemanagement

Das Einsparpotenzial ist in der Kunststoffverarbeitung allgemein hoch. Wer seine Effizienzpotenziale nutzt, kann einen wirtschaftlichen Gewinn mit nachhaltiger Wirkung erzielen. Der große Erfolgshebel liegt in der ganzheitlichen Analyse des Produktionssystems. Die laufende Erfassung von Ressourcen- und Energieflüssen schafft die notwendige Transparenz, um Ressourcen und Energie professionell zu managen.

Wohl führt die ISO 50001 dazu, dass sich Unternehmen mit Energiemanagement auseinander setzen werden. Angesichts des beachtlichen wirtschaftlichen Potenzials lohnt es sich aber, pro-aktiv und konsequent an das Thema heranzugehen, schneller als andere Marktteilnehmer zu sein und das Potenzial für den eigenen Erfolg zu nützen.

APROL EnMon

Mit APROL EnMon bietet B&R ein System, das Stand-alone oder in Prozessleitsysteme integriert permanentes Energie-Monitoring zur Verfügung stellt. APROL EnMon ist eine skalierbare, gebrauchsfertige und integrierbare Lösung. Sie unterstützt Anwender dabei, ihren Energieverbrauch zu optimieren. Dadurch können trotz steigender Energiepreise die Stückkosten in der Produktion gesenkt und gleichzeitig die Energiereserven gesichert werden. Die B&R-Lösung kommt an der kleinsten Einzelmaschine sowie an der größten Prozessanlage sinnvoll zur Wirkung.

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(Quelle: FotografieKatharinaWisata)

Otto Urbanek hat an der Technischen Universität Wien ein Maschinenbau-Studium absolviert und war rund dreißig Jahre bei Marktführern der Kunststoffmaschinenbranche in führenden Funktionen tätig. 2009 gründete er sein eigenes Consulting-Unternehmen und berät im Schwerpunktbereich Maschinenbau und Kunststoffverarbeitung. Im Auftrag des Europäischen Dachverbandes der Gummi- und Kunststoffmaschinenindustrie (EUROMAP) hat Urbanek im Jahr 2011 eine europaweite Studie durchgeführt, um die Energieeffizienzpotenziale in der Gummi- und Kunststoffverarbeitung umfassend beurteilen zu können.

„Wer seine Effizienzpotenziale nutzt, kann einen wirtschaftlichen Gewinn mit nachhaltiger Wirkung erzielen. Der große Erfolgshebel liegt in der ganzheitlichen Analyse des Produktionssystems.“ Dr. Otto Urbanek, Unternehmensberater

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