Aus der Praxis
Verlustleistung durch Reibung – lohnt sich Optimierung?
Wo entsteht Reibungsverlust?
Reibungsverluste treten in Anlagen und Fördersystemen an mehreren Stellen gleichzeitig auf. Die wichtigsten Verlustquellen sind:
| Verlustquelle | Typisches Auftreten | Typischer Verlustanteil |
|---|---|---|
| Wälz- und Gleitlager | Antriebseinheiten, Förderbänder, Pumpen | 1–5 % der Antriebsleistung |
| Dichtungen (Gleitringdichtungen, Stopfbuchsen) | Pumpen, Mischer, Rührwerke | 0,5–3 % |
| Getriebe (Stirnrad, Schnecke) | Fördertechnik, Antriebsstränge | 1–10 %, Schneckengetriebe bis 40 % |
| Rohrreibung in Flüssigkeitssystemen | Prozessanlagen, Kühlkreisläufe | abhängig von Rohrdurchmesser und Fließgeschwindigkeit |
| Riemen- und Kettenantriebe | Fördertechnik, Nebenaggregate | 2–5 % |
Die Einzelverluste klingen klein – in einer typischen Produktionsanlage mit mehreren Antriebssträngen summieren sich 5–15 % Gesamtverlust durch Reibung jedoch schnell zu einem Betrag, der die Wirtschaftlichkeit einer Investition rechtfertigt.
Verlustleistung berechnen – so geht es
Die Grundlage jeder Wirtschaftlichkeitsbetrachtung ist die Verlustleistung in Kilowatt (kW) und die daraus resultierenden jährlichen Energiekosten.
Beispielrechnung Schneckengetriebe:
Ein Schneckengetriebe mit einem Wirkungsgrad von 75 % (η = 0,75) treibt eine Förderanlage mit 15 kW Nutzleistung an.
- Aufgenommene Leistung: P_ein = P_nutz / η = 15 kW / 0,75 = 20 kW
- Verlustleistung: P_verlust = 20 kW − 15 kW = 5 kW
- Betrieb: 4.000 Stunden pro Jahr
- Jährliche Verlustenergie: 5 kW × 4.000 h = 20.000 kWh/Jahr
- Bei einem Energiepreis von 0,18 €/kWh: 3.600 € Verlustkosten pro Jahr
Ein Tausch auf ein Stirnradgetriebe mit η = 0,97 reduziert die Verlustleistung auf ~0,5 kW – eine Einsparung von über 3.200 €/Jahr. Das ist eine solide Basis für eine Investitionsentscheidung.
Systematische Verlustanalyse – Vorgehensweise
Ohne strukturierte Analyse werden Maßnahmen nach Bauchgefühl priorisiert. Das folgende Vorgehen liefert eine belastbare Entscheidungsgrundlage:
| Schritt | Methode | Ergebnis |
|---|---|---|
| 1. Systemgrenze definieren | Anlage, Teilanlage oder Antriebsstrang abgrenzen | Klarer Analyserahmen |
| 2. Leistungsmessung | Elektrische Leistungsaufnahme aller Antriebe erfassen (Zangenamperemeter, Leistungsmessgerät) | Ist-Wirkungsgrade je Antriebseinheit |
| 3. Wirkungsgradvergleich | Ist-Wirkungsgrad mit Herstellerangaben / Stand der Technik vergleichen | Abweichung = potenzielle Verlustquelle |
| 4. Thermografie | Infrarotaufnahmen an Lagern, Getrieben, Dichtungen | Lokalisierung von Reibungswärmequellen |
| 5. Verlustrangfolge | Verlustleistungen je Quelle berechnen und sortieren | Priorisierungsliste |
| 6. Amortisationsrechnung | Investitionskosten vs. jährliche Energieeinsparung | Entscheidungsgrundlage |
Die Infrarot-Thermografie ist dabei besonders wirkungsvoll: Überwärmte Lager oder Dichtungen zeigen nicht nur Effizienzprobleme, sondern kündigen oft auch bevorstehende Ausfälle an – ein doppelter Nutzen für die Instandhaltung. ⚙️
Typische Optimierungsmaßnahmen und ihre Wirkung
| Maßnahme | Typische Einsparung | Investitionsaufwand |
|---|---|---|
| Schneckengetriebe → Stirnradgetriebe ersetzen | 15–20 % Antriebsenergie | mittel |
| Veraltete Gleitlager → Wälzlager | 2–5 % Antriebsenergie | gering |
| Stopfbuchsdichtung → Gleitringdichtung | 1–3 % + reduzierter Wartungsaufwand | gering–mittel |
| Riemenantrieb → Zahnriemen oder Direktantrieb | 2–4 % | gering–mittel |
| Rohrleitungssanierung (Querschnitt, Krümmer) | 5–15 % Pumpenenergie | mittel–hoch |
| Schmierstoffoptimierung (Viskositätsklasse anpassen) | 1–4 % | sehr gering |
Die Schmierstoffoptimierung ist oft die am meisten unterschätzte Maßnahme: Läuft ein Lager mit einer zu hohen Viskositätsklasse, überwiegt die Planschreibung – das kostet Leistung, ohne einen Schutzvorteil zu bringen. Läuft es mit zu niedriger Viskosität, steigen Verschleiß und Reibung im Mischreibungsbereich. Die richtige Viskositätsklasse für Betriebstemperatur und Drehzahl ist ein Nullkosten-Hebel. 🔍
Wann lohnt sich die Investition nicht?
Nicht jede Optimierung rechnet sich. Eine Investition ist unwirtschaftlich, wenn:
- Die Restlaufzeit der Anlage die Amortisationsdauer unterschreitet
- Die Betriebsstundenzahl zu gering ist (< 1.000 h/Jahr bei kleinen Antrieben)
- Der Umbauaufwand in keinem Verhältnis zur Einsparung steht (z. B. komplette Anlagenmodifikation für 0,3 kW Einsparung)
- Die Verlustquelle bereits im Bereich unvermeidbarer konstruktiver Reibung liegt und nicht weiter absenkbar ist
Gerade bei kleinen Antrieben unter 2 kW kann die Amortisationszeit für Getriebeersatz so lang ausfallen, dass eine Bewertung im Zuge der nächsten planmäßigen Anlageninvestition sinnvoller ist als eine Sofortmaßnahme.
Priorisierung: Wo anfangen?
Die Reihenfolge der Umsetzung sollte nach drei Kriterien erfolgen:
- Größte Verlustleistung zuerst – dort ist das absolute Einsparungspotenzial am höchsten
- Kürzeste Amortisationszeit – sichert frühen Rückfluss und schafft Budget für weitere Maßnahmen
- Verbindung mit ohnehin geplanten Wartungsintervallen – spart Stillstandskosten, da keine zusätzlichen Unterbrechungen notwendig
Ein einfaches Scoring dieser drei Kriterien (z. B. je 1–3 Punkte) ergibt eine nachvollziehbare Prioritätenliste, die sich intern und gegenüber der Geschäftsführung begründen lässt.
Fazit
Reibungsverluste sind nicht unvermeidbar – sie sind quantifizierbar, lokalisierbar und wirtschaftlich bewertbar. Wer systematisch vorgeht, findet in nahezu jeder Anlage Potenziale, die sich innerhalb überschaubarer Zeiträume amortisieren. Der Schlüssel liegt nicht in aufwändiger Technik, sondern in einer strukturierten Analyse, die Verlustquellen priorisiert und die Optimierungsmaßnahmen mit einer klaren Amortisationsrechnung unterlegt. 💡
Sie möchten wissen, wo in Ihrer Anlage die größten Reibungsverluste stecken? Das Ingenieurbüro Lemmerer (lemcon.tech) unterstützt Sie bei der systematischen Verlustanalyse und der Bewertung von Optimierungsmaßnahmen – praxisnah und rechnerisch nachvollziehbar. Schreiben Sie uns oder hinterlassen Sie eine Frage in den Kommentaren – wir antworten konkret.
Quellenverzeichnis
| Nr. | Titel / Bezeichnung | Stand / Jahr | Quelle / Domain |
|---|---|---|---|
| 1 | Maschinenelemente – Funktion, Gestaltung und Berechnung (Roloff/Matek) | 2021 | Springer Vieweg |
| 2 | VDI 4661 – Energiekenngrößen: Definitionen, Begriffe, Methodik | 2003 | VDI-Richtlinie |
| 3 | Fachbuchreihe Antriebstechnik: Getriebe und Kupplungen (Niemann/Winter) | 2005 | Springer |
| 4 | Energieeffizienz in der Antriebstechnik (Binder/Schneider) | 2018 | Springer Vieweg |
Quellen
- VDI 4661