Modernisierung von Papiermaschine mit IE4-Motoren und Umrichtern spart jährlich 900.000kWh
Vorzeigeprojekt für Energieeffizienz
Die Model-Gruppe, ein Verpackungshersteller mit Hauptsitz in der Schweiz, hat bei der Modernisierung einer zentralen Papiermaschine energieeffiziente Motoren und moderne Frequenzumrichter eingesetzt. Im Ergebnis sind nicht nur Produktivität und Zuverlässigkeit gestiegen. Auch der jährliche Energieverbrauch konnte um eine Größenordnung reduziert werden, die dem Verbrauch von 200 Schweizer Vierpersonen-Haushalten entspricht. Die erwartete Amortisationszeit liegt bei weniger als fünf Jahren.
 Durch die neuen 
Motoren und Umrichter spart der Betreiber der Papiermaschine nicht nur 
Energie, sondern erhält auch mehr Produktivität.
Durch die neuen Motoren und Umrichter spart der Betreiber der Papiermaschine nicht nur Energie, sondern erhält auch mehr Produktivität. Bild: ABB Motion Deutschland

Die Model-Gruppe entwickelt, produziert und liefert Verpackungslösungen aus Voll- und Wellkarton, von einfachen Transportverpackungen bis zu hoch veredelten Pralinen- und Parfümboxen. Am Sitz in Weinfelden betreibt das Unternehmen zwei große, fast 80m lange Papiermaschinen. Angetrieben von Dutzenden von Elektromotoren laufen sie sieben Tage die Woche rund um die Uhr und produzieren Papier für die Fertigung von etwa 1.500 Millionen Quadratmetern Wellpappe pro Jahr für die gesamte Unternehmensgruppe.

Retrofit mit Effizienz-Upgrade

Die Papierproduktion ist energieaufwändig. Als sich eine der beiden Papiermaschinen in Weinfelden dem Ende ihrer Lebensdauer näherte, suchte Model nach Retrofit-Optionen, die deutliche Effizienzverbesserungen ermöglichen würden. „Recycling und energieeffiziente Produktion haben für uns hohe Priorität, sowohl aus ökologischer als auch ökonomischer Sicht“, erklärt Philipp Lenhard, Technischer Leiter der Fabrik. „Diese Priorität galt auch bei der Erneuerung der Antriebssysteme von unserer Papiermaschine 2.“ Bei den verbauten Frequenzumrichtern handelte es sich um ältere Modelle, für die es keine Ersatzteile mehr gab. Die Motoren stammten aus dem Jahr 1991 und mussten komplett überholt werden. „Von ABB kam der Vorschlag für ein Retrofit mit neuen Motoren und Frequenzumrichtern, das uns wirklich beeindruckt hat“, fährt Lenhard fort. „So konnten wir die Kosten einer Überholung der vorhandenen Motoren vermeiden und gleichzeitig staatliche Fördermittel für Energieeffizienz-Maßnahmen in Anspruch nehmen.“

 Im Rahmen des Retrofits wurden die insgesamt 36 Elektromotoren durch neue Antriebe in Effizienzklasse IE4 ausgetauscht.
Im Rahmen des Retrofits wurden die insgesamt 36 Elektromotoren durch neue Antriebe in Effizienzklasse IE4 ausgetauscht. Bild: ABB Motion Deutschland

Modernisierung in zwei Mal sechs Tagen

Das Modernisierungsprojekt wurde für den jeweils sechstägigen Maschinenstillstand im Sommer 2019 und 2020 terminiert. Im Jahr 2019 wurden zunächst die Frequenzumrichter durch neue ABB-Multidrives vom Typ ACS880 ersetzt. 2020 erfolgte dann der Austausch von insgesamt 36 Elektromotoren durch ABB-Lösungen mit Effizienzklasse IE4. „Durch die IE4-Motoren konnten wir bei dem Projekt auf Schweizer Fördermittel zugreifen, die uns für IE3-Motoren nicht zur Verfügung gestanden hätten“, so Philipp Lenhard. Der Zuschuss habe rund 32 Prozent der Gesamtinvestitionskosten gedeckt. „So hat sich die höhere Effizienzklasse der Motoren vom ersten Tag an bezahlt gemacht.“

Lieferung und Inbetriebnahme verliefen wie geplant. Die Papiermaschine 2 konnte im August 2020 wieder anlaufen, leiser und sparsamer als zuvor. Den Berechnungen der Model-Gruppe nach sparen die energieeffizienten Motoren und Umrichter bis zu 900.000kWh jährlich ein. Doch das Projekt hat noch weitere entscheidende Vorteile.

Produktivitätsplus von 25%

Die 2,5m breite Papierbahn lief vorher mit rund 800m/min. Jetzt kommt sie auf 900m/min, was die Produktivität erheblich steigert. Werden weitere Umbauten vorgenommen, kann die Maschine mit den neuen Antriebslösungen sogar eine Geschwindigkeit von 1km/min erreichen. Außerdem wurde die Motordrehzahl von 1.500 auf 1.000U/min gesenkt, was es möglich gemacht hat, auf Getriebe zu verzichten oder diese zu anzupassen. Dadurch wurde die Reibung deutlich verringert.

Kastenbild
Bild: Deutsche Bahn AG / Wolfgang Klee

Letztendlich sorgte das Retrofit für eine erhöhte Produktionsgeschwindigkeit und eine deutliche Energieersparnis – bei einer voraussichtlichen Amortisationszeit von weniger als fünf Jahren. „Dieses Projekt der Model-Gruppe zeigt eindrucksvoll, dass mehr Energieeffizienz kein Kostentreiber sein muss“, erklärt Stefan Flöck, Leiter der Division IEC Low Voltage Motors bei ABB Motion. „Vielmehr trägt eine Modernisierung mit energieeffizienten Motoren und Frequenzumrichtern unmittelbar zur Ertragssteigerung und Minderung der CO2-Emissionen bei.“

ABB hat einen Großauftrag der Deutschen Bahn zur Modernisierung von ICE-Zügen der ersten Generation erhalten. Im Rahmen eines umfassenden Modernisierungsprogramms sollen 76 Triebköpfe mit hocheffizienten IGBT-Traktionsumrichtern ausgestattet werden, die die Leistungselektronik auf Stand der 1990er-Jahre ersetzt. Dadurch soll sich die Lebensdauer der ICE1-Flotte um mindestens weitere zehn Jahre verlängern. Die zum Einsatz kommenden Umrichter basieren auf der Dreipunkt-Topologie, die nicht nur die Energieverluste, sondern auch die mechanische Beanspruchung der Fahrmotoren sowie die Geräuschemissionen reduziert. Es werden Energieeinsparungen von mindestens acht Prozent erwartet. Dies entspricht dem jährlichen Stromverbrauch von 5.000 Haushalten. Etwa alle zwei Wochen sollen zwei Triebköpfe umgerüstet werden. So soll das gesamte Modernisierungsprojekt voraussichtlich im 3. Quartal 2023 abgeschlossen werden.

ABB Automation Products GmbH
http://www.abb.de/motors&drives

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