Témata
Reklama

Pojem ekodesign zejména v Evropské unii již téměř zdomácněl. Je nazírán jak z té lepší stránky - co je "eko", je dobré pro životní prostředí a tím i pro společnost -, tak i z té kontroverzní stránky - legislativa hájící zájmy životního prostředí může být problematická z jiných pohledů.

V každém případě, pokud mluvíme o ekodesignu, mluvíme o zohlednění budoucích ekologických následků ve fázi vývoje produktů. Pro hodnocení dopadu se používá tzv. analýza životního cyklu (LCA), která kombinuje různé druhu dopadů (spotřeba energie, kontaminace spodních vod, emise apod.) v různém stadiu života produktu (výroba, transport, balení, používání, likvidace).

Pro oblast výrobních strojů bylo již dříve LCA analýzami prokázáno, že ze všech negativních dopadů na životní prostředí je suverénně nejvýznamnější spotřeba elektrické energie ve fázi užití strojů. Další vlivy, jako množství a typ materiálu nosné struktury, výpary z řezné emulze či průsaky hydraulického oleje, jsou relativně bezvýznamné. Toto platí zejména pro moderní CNC obráběcí stroje, naopak například u historických tvářecích strojů tomu může být jinak.

Reklama
Reklama
Reklama

Proč se ekodesignem zabývat

Celkem máme tři základní důvody pro zahrnutí ekodesignu mezi priority vývoje výrobců strojů:
1) rostoucí ceny energií a tlak zákazníků na ekonomiku provozu strojů ve výrobních řetězcích;
2) vznikající evropská legislativa;
3) prezentace před zákazníky a akcionáři – marketingové využití ekologických témat.
Ekodesign má tak kromě ekologických efektů i přímou vazbu na hospodárnost výroby, protože spotřeba energie je přímou nákladovou položkou při užívání strojů.
K legislativnímu tlaku: Evropská unie se zavázala do roku 2020 redukovat emise CO2 nejméně o 20 % a byla definována celá řada způsobů, jak toho dosáhnout. Jedním z nich je směrnice 2005/32/EC EuP (Energy-using Product directive) přijatá v roce 2005, jež byla o čtyři roky později nahrazena směrnicí 2009/125/EC ErP (Energy-related Product directive). Ta se týká všech průmyslových odvětví s potenciálem pro energetické úspory a jedním z nich je právě obor výrobních strojů, neboť průmyslová výroba celosvětově spotřebovává přibližně 1/4 veškeré elektrické energie. Pro všechny zahrnuté obory jsou postupně vypracovávána pravidla, evropské zákony. Aktuální stav je takový, že po několikaletém vyjednávání očekáváme brzké rozhodnutí o typu pravidel. Ta mohou být buď mandatorní, přikazující či zakazující konkrétní technická řešení, nebo samoregulační, spoléhající hlavně na přirozenou iniciativu a tlak zákazníků v oboru. Počátkem roku 2014 vejde v platnost příslušný evropský zákon a bude připraven na transpozici do národních zákoníků. Detailnější informace obsahuje rozhovor s autorem v MM Průmyslovém spektrum č. 4/2012 (viz //www.mmspektrum.com/120414) .

Aktuální stav

V Evropě, Asii i v USA je téma ekologie a energetických úspor značně živé jak v akademických kruzích (soudě podle počtu tematických konferencí a článků), tak v reálném průmyslu ve vztazích zákazník – dodavatel (soudě podle témat v produktových letácích a tiskových zprávách). Čeští výrobci strojů však registrují pouze sporadický zájem zákazníků o energetickou účinnost, jak ukázal průzkum mezi zástupci obchodních oddělení.

Stav zavádění energeticky účinných opatření u německých výrobců výborně mapoval stánek německého svazu výrobců strojů VDW na loňském EMO Hannover. Ten propagoval iniciativu BluECOmpetence Machine Tool, která vznikla z popudu německého průmyslového svazu VDMA a je přizpůsobena oboru výrobních strojů. Původně měla za cíl sdružovat pouze německé výrobce strojů a jejich komponent, kteří deklarují snahu a prokážou konkrétní výsledky ve snižování ekologických dopadů svých výrobků. Mezi zapojenými firmami z oboru výrobních strojů a komponent jsou například: DMG, Siemens, Kapp Niles, Grundfos, Index, Brinkmann, Chiron, Starrag Heckert, EMAG a další. Po vyjednávání, které vedl evropský svaz Cecimo za účasti ing. Zemánka ze SST byla značka zpřístupněna i ostatním evropským firmám a nedávno se zapojily i v Česku registrované firmy TOS Varnsdorf a Schneeberger Mineralgusstechnik.

Logo deklarující zapojení podniku do iniciativy BluECOmpetence Machine Tool

V České republice vede VCSVTT od loňského roku projekt Ecodesign ve stavbě obráběcích strojů, finančně podporovaný Ministerstvem průmyslu a obchodu v rámci programu TIP. Do něho jsou zapojeny podniky Kovosvit MAS, TOS Kuřim-OS, TOS Varnsdorf, Tajmac-ZPS, dále pak svaz SST a FSI VUT v Brně. Hlavním cílem projektu je nalézt a realizovat technická řešení pro výrazné snížení energetické náročnosti vybraných obráběcích strojů a získat tak zkušenosti do budoucna.

Hlavička letáku firem zúčastněných v projektu Ecodesign ve stavbě OS.

Zatímco téma ekodesignu je v Evropě u výrobců strojů vnímáno spíše defenzivně a s obavami z legislativy, v Japonsku jde spíše o technickou výzvu. Firmy samy iniciují vznik standardů pro hodnocení účinnosti a aktivně zavádějí úsporná opatření, která pak inzerují na výstavách. Ukázkou je přístup firmy Mori Seiki, která toto téma zdůrazňuje na vědeckých konferencích již mnoho let.

Jak hodnotit energetickou bilanci výrobního stroje

Ve shodě s výsledky analýz LCA se dále budeme zabývat již jen spotřebou elektrické energie ve fázi užití strojů. Sledování a snižování energetické náročnosti výrobních strojů je téma s dlouhou historií. Již před dekádami byla v rámci cvičení při výuce studentů na ČVUT prováděna měření příkonu soustruhu TOS SU50 při obrábění a naprázdno. Rozdíl příkonů, tedy výkon potřebný na vlastní řezný proces, byl podle nastavených podmínek obvykle do 15 % celkového příkonu. U moderních CNC strojů s množstvím periferií je situace, kdy vlastní proces spotřebovává jen minimální část celkového příkonu, ještě markantnější.

Pro hodnocení spotřeby je třeba energie měřit – nestačí jen sečíst štítkové parametry komponent. Základními údaji jsou činné elektrické příkony stroje a jeho komponent, dále je třeba zahrnout i spotřebu stlačeného vzduchu, neboť stroje jsou standardně napojeny na centrální podnikové rozvody. Při měření průtoku vzduchu o standardním tlaku 6 bar lze použít přibližný přepočet 1 l/min cca 30 W elektrického ekvivalentu. Měřicí zařízení používaná VCSVTT jsou na doprovodných obrázcích.

a)
b)
c)

Aparatura používaná VCSVTT pro měření a) střídavých třífázových výkonů, b) výkonů na stejnosměrném meziobvodu servopohonů, c) spotřeby stlačeného vzduchu Výsledky měření energií jsou vždy závislé na konkrétním pracovním scénáři stroje. Pro hodnocení tříosých frézovacích strojů je ve VCSVTT využíván dílec s odstupňovanými řeznými podmínkami vycházející z japonské normy TS B 0024-1:2010. Velkost dílce a řezné podmínky jsou upravovány tak, aby respektovaly velikosti a určení stroje. Sledovány jsou i neproduktivní režimy, jako stand-by, běh vřetena naprázdno nebo kruhová interpolace lineárních os.

Dílec s odstupňovanými řeznými podmínkami vycházející z japonské normy TS B 0024-1:2010

Vyhodnocení je možné provést různými způsoby. Základem je časový záznam činného příkonu stroje (při obrábění výše zmíněného dílce) jako na doprovodném obrázku. Celkový příkon je rozdělen na příspěvky pohonů, periferií a elektrického ekvivalentu stlačeného vzduchu. Na dalším obrázku pak vidíme vyhodnocení příkonu stroje podle typu a intenzity operací.

Časový záznam činného příkonu stroje

Z uvedeného je vidět velký podíl fixních energií potřebných na udržení stroje v pohotovosti a zajištění chlazení komponent a řezného procesu. Pro konkrétní stroje a pracovní scénáře je pak možné udělat vyhodnocení s podíly jednotlivých funkčních celků, jak je uvedeno na obrázku. Na základě podobného vyhodnocení je pak možné usuzovat, kde se skrývá největší potenciál pro energetické úspory.

český překlad
• další: 2,8 %
• pohony pohybových os: 4,3 %
• řídicí systém: 5,1 %
• vřeteno: 10,2 %
• příprava emulze: 11,6 %
• vysokotlaká hydraulika: 20,1 %
• chlazení stroje: 20,3 %
• chlazení řez. procesu: 25,6 %

Vybrané výsledky měření na středně velkém portálovém frézovacím centru s ohledem na různé operace a intenzity obrábění

Standardizace

Hodnocení energetické efektivity strojů různých typů a výrobců je složité a mělo by být maximálně objektivní. Problémem je jak variabilita strojů, tak variabilita jejich užití. Zatím jedinou dokončenou a veřejně dostupnou normou je již zmíněná japonská TS B 0024-1:2010. Ta stanovuje několik testovacích režimů (stand-by, temperování, obrábění), při kterých je měřen příkon celého stroje. Pro měření během obrábění je normou stanoven obrobek o hraně podstavy 120 mm s přesně definovanými tvarovými prvky. Dále firma Mori Seiki (která stála u počátku zrodu této normy) navrhuje energetický štítek stroje, který udává příkony při stand-by a za rotace vřetena naprázdno. Zatím se jedná o úvahu prezentovanou na konferencích, v budoucnu však lze něco podobného očekávat i v praxi.

Rozdělení spotřeby energie při typickém pracovním scénáři na příspěvky jednotlivých funkčních celků (Zdroj: projekt EWOTEK-WZL Aachen, Heller)

Obecným mezinárodním standardem se výhledově stane série norem ISO 14955 – Environmental evaluation of machine tools, nyní připravovaná pracovní skupinou TC39/WG12, jejímž členem je i zástupce ČVUT. Norma se skládá ze čtyř částí, zatím v různém stadiu rozpracování. Jednotlivé části budou pokrývat celý postup od metodiky měření, vyhodnocení až po stanovení závěrů. Norma bude využívat logiku rozdělení stroje na funkční celky a jim odpovídající podíly spotřebované energie. To by mělo zajistit lepší porovnatelnost konstrukčně odlišných strojů navzájem a usnadnit výběr vhodných úsporných opatření. Kompatibilita s touto normou se výhledově zřejmě stane součástí podmínek pro udělení známky CE.

Náhled energetického štítku navrhovaného firmou Mori Seiki (Zdroj: prezentace CIRP JM, Behrendt 2011)

Závěr

Ekodesign a energetická účinnost výroby jsou v každém případě aktuálním tématem. Zájem je živen jak rostoucími cenami energií, tak vznikající evropskou ekologickou legislativou. Také můžeme očekávat vyšší stupeň informovanosti u zákazníků – uživatelů strojů. K tomu směřuje průběžné třídění informací a probíhající standardizační práce. Teprve s časovým odstupem bude možné vyhodnotit, zda a o kolik se skutečně podařilo snížit ekologické dopady výroby a zefektivnit využití energie a za jakou cenu se to stalo. Celkovou výhodou je, že přesná a produktivní výroba bez zmetků je obvykle i energeticky efektivní – je tu tedy značná korelace mezi ekologií a hlavními zájmy výrobců a uživatelů výrobních strojů.

Ing. Tomáš Holkup, PhD., a kol.

V článku byly použity informace získané během řešení projektu „FR TI3/655 – Ecodesign ve stavbě obráběcích strojů“ podporovaného Ministerstvem průmyslu a obchodu.

VCSVTT, FS ČVUT v Praze
T.Holkup@rcmt.cvut.cz

Reklama
Vydání #11
Firmy
Související články
Progres v navyšování podílu na trhu

Skupina Plansee Group dosáhla v hospodářském roce 2017/18 konsolidovaného obratu 1,3 miliardy euro, což znamenalo nárůst o 11 % ve srovnání s předchozím obdobím. V rámci bilanční tiskové konference konané v Reutte o tom informovali členové představenstva Bernhard Schretter a Karlheinz Wex.

Horké komory pro práci s radioaktivním materiálem

V Řeži u Prahy bylo vybudováno nové výzkumné centrum, jehož součástí byla také výstavba kom-plexu horkých komor. Účelem výstavby bylo vytvořit pracoviště pro bezpečnou práci s vysoce radi-oaktivním materiálem. Po pěti letech budování se na začátku roku 2017 podařilo úspěšně zahájit aktivní provoz laboratoří, které jsou schopné zpracování, mechanického testování a mikrostrukturní analýzy radioaktivních materiálů (tlakové nádoby, vnitřní vestavby reaktorů, pokrytí paliva) s aktivi-tou až 300 TBq 60Co, materiálů pro reaktory III. a IV. generace a fúzní reaktory.

Aditivní výroba unikátních řezných nástrojů

Aditivní technologie jsou jedním z nosných pilířů Průmyslu 4.0. Od roku 2014, kdy v ČR 3D tisk kovů odstartoval „ve velkém“, byla o této problematice napsána celá řada publikací, díky nimž je tato technologie považována za poměrně známou. Jedním z průkopníků 3D tisku v ČR je firma Innomia, která přinášela informace o technologii DMLS do povědomí českého průmyslu již několik let před tímto zmiňovaných boomem.

Související články
Od konstrukce strojů po parkovací věže

Mezi starší generací strojařů pravděpodobně není nikoho, kdo by neznal původem škodováka Josefa Bernarda z Jičína. Tento strojírenský nadšenec příští rok oslaví své sedmdesátiny. Před třiceti lety po odchodu z místního Agrostroje položil základy společnosti Vapos, která dává perspektivní práci patnácti desítkám lidí z Jičína a blízkého okolí.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Pod dvou letech opět na EMO do Hannoveru

Od 16. do 21. září 2019 se uskuteční 22. ročník největšího světového veletrhu zpracování kovů EMO. Megaakce se koná opět v Německu, které je po Číně a USA třetím největším trhem obráběcích strojů na světě. Veletrhu se účastní téměř 2 100 vystavovatelů ze 47 zemí světa. Z České republiky se očekává účast 28 firem na ploše necelých 1 700 m2. Na minulý veletrh v roce 2017 přijelo do Hannoveru z České republiky přes 2 200 odborníků.

CIMT Peking, Část 1. Obecný pohled

V předvelikonočním týdnu se v Pekingu uskutečnil veletrh obráběcích strojů CIMT 2019. V asijském regionu se jedná o obdobu veletrhu EMO Hannover. A stejně jako EMO je velkou měrou národní výstava německé výrobní techniky, tak CIMT je převážně čínský. V tomto prvním vstupu se podíváme na letošní ročník trochu s odstupem, aniž bychom se zaměřili na konkrétní exponáty.

TOSmeet & TOSday 2018

Zákaznický den ve firmě TOS Varnsdorf tradičně patří k vyvrcholení půlročního maratonu open houses, které pořádají téměř všechny výrobní a obchodní společnosti v komoditě obráběcích strojů pro své zákazníky a obchodní partnery. Zejména u výrobních firem je neopakovatelnou příležitostí zavítat do jejich provozů, zhlédnout zdejší technologické možnosti, být přímo od zdroje informovaný o žhavých novinkách a technologických řešeních, a v neposlední řadě pak potkat a pohovořit se známými lidmi.

Cena MM Award na EMO

Ocenění MM Award od našich německých kolegů z časopisu MM MaschinenMarkt je specialitou veletrhů pořádaných nejen v Evropě, ale po celém světě. Nejinak tomu bylo i na letošním hannoverském EMO, kde proběhlo slavnostní předání exponátům, které odbornou porotu zaujaly. Ceny jsou udělovány ve spolupráci se svazem VDW. Protože se jedná o jediné oficiální ceny udělované na veletrhu EMO a značky MM, VDW a EMO jsou dobře známé v oboru výrobní techniky, věnujeme jim svoji pozornost v retrospektivě veletrhu.

Integrovaný obvod o tloušťce jedné molekuly

Lidstvo již zvládlo přeměňovat světlo na elektřinu a vytvořit akumulátory, v nichž nedochází k chemickým reakcím. Problémem však je, že tyto přístroje mají velmi nízkou účinnost. Nejlepších parametrů by se dosáhlo při použití polovodičů o tloušťce jediné molekuly. A ty se nyní naučili vyrábět vědci z ruského institutu MISiS, který je partnerem ruské korporace pro atomovou energii Rosatom.

Kde síla monozukuri inovací nikdy nekončí

Pravidelně vás v MM Průmyslovém spektru informujeme o společných konferenčních a seminárních aktivitách výrobců a dodavatelů řady výrobních technologií. Firma Misan patří mezi nejaktivnější a v častých intervalech pořádá ve svých prostorách v Lysé nad Labem konference, kde edukativní formou přítomným představuje inovační pokrok v oblasti strojírenství. Od loňského listopadu, kdy zde se společností Tungaloy spolurealizovala třídenní seminář, neuplynulo v místním Labi mnoho vody a opět s tímto partnerem, s nímž jej vedle kladného vztahu k japonské kultuře spojuje i celá řada jiných aspektů, uspořádala další seminář, tentokráte s podtitulem Síla zrychlení.

Úspěšný vývoj technologií pro zpracování termoplastových kompozitů

Konstruktéři tlačení požadavky na nižší hmotnost a lepší parametry svých konstrukcí stále více neváhají využít ve svých návrzích materiály, které byly dříve vyhrazeny pouze pro nejnáročnější high-tech aplikace. Díky tomu roste také poptávka po nenáročných výrobních technologií na výrobu konkrétního dílce z určitého materiálu.

Unikátní gravírovací technologie

Gravírování šperků? Skla? Samozřejmě, s tím se člověk setká denně. Ale gravírování v technickém průmyslu? Může mít v obrovských halách dokonalých strojů úspěch něco tak nenápadného? Společnost Mepac CZ dokázala, že ano.

Bezdotykové orovnávání brousicích kotoučů

Exaktní orovnávání diamantových brousicích kotoučů musí zajistit jak vytvoření požadovaného tvaru, tak i optimální topografii povrchu. U mechanických technologií vznikají vždy síly mezi nástrojem a kotoučem. Bezkontaktní strategie nyní používá pro orovnávání kotoučů technologii elektroerozivního řezání drátovou elektrodou.

Novinky značky IMAO pro upínání obrobků

V dnešní době je velká poptávka po efektivní produkci různorodých výrobků v malém objemu a klíčem k vyšší produktivitě je použití přípravků, které lze flexibilně přizpůsobit mnoha různým obrobkům. Upínací prvky ONE-TOUCH se vyrábějí v mnoha různých provedeních, snadno z nich lze vybrat prvky vhodné pro upnutí požadované součásti. Upnutí a odepnutí součásti je jednoduché, bez použití dalšího nářadí a rychlé, zkracuje se čas potřebný pro manipulaci s obrobkem a tím i celkové náklady na výrobu.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit