Spanende Werkzeugmaschinen stellen einen zentralen Faktor in der Produktion technischer Güter dar. Sie haben einen erheblichen Anteil am industriellen Ener-gieverbrauch und fanden somit Aufnahme in die ErP-Richtlinie 2009/125/EG für energiegetriebene Produkte (Ökodesign-Richtlinie). Ähnlich Gebäuden, Konsum-gütern und Elektromotoren müssen Werkzeugmaschinen nachweislich energieef-fizienter werden. Obwohl die Energieeffizienz von Werkzeugmaschinen und de-ren Vergleichbarkeit seit langem Gegenstand wissenschaftlicher Untersuchungen ist, konnten noch keine geeigneten Methoden zur energetischen Klassifizierung gefunden werden, die ein Energielabel ermöglichen. Zentrale Herausforderun-gen liegen vor allem im Fehlen geeigneter Bezugsgrößen, der Fülle potenzieller Einflussgrößen und der Vielfalt der Anwendungsfälle. Deshalb werden zunächst etablierte Klassifizierungsmethoden anderer Produktgruppen auf deren Über-tragbarkeit analysiert. Der daraus abgeleitete modulare Lösungsansatz umfasst neben einer detaillierten Vorgehensweise die empirisch-statistischen Methoden zur Normierung signifikanter Einflussgrößen auf einen Kennwert. Am Beispiel eines prozessunabhängigen Energieeffizienzindikators wird die Klassifizie-rungsmethode angewendet und diskutiert. Der so klassifizierte Kennwert fließt als Modul in zwei Label-Entwürfe ein.:1 Einleitung und gesellschaftliche Einordnung 23
1.1 Motivation 23
1.2 Relevanz 25
1.3 Wirkungsbetrachtung 30
2 Zielsetzung und Aufbau der Arbeit 35
2.1 Zielsetzung 35
2.2 Aufbau der Arbeit 36
3 Analyse bestehender Ansätze und Rahmenbedingungen 39
3.1 Normen und rechtlicher Rahmen 39
3.2 Ausgeführte Energielabel 43
3.3 Methoden zum energetischen Vergleich spanender Werkzeugmaschinen 55
3.4 Energetische Kennwerte als mögliche Bezugsgröße 66
3.5 Kennwertermittlung 81
3.6 Zwischenfazit zu bestehenden Ansätzen und Rahmenbedingungen 90
4 Ansatz zur energetischen Klassifizierung 93
4.1 Methode zur energetischen Klassifizierung 93
4.2 Vorgehen zur Kennwertermittlung und Klassifizierung 96
4.3 Analyse von Einflussgrößen und Randbedingungen zur Kennwertbildung 96
4.4 Konzeption der Klassifizierungsmodule 118
4.5 Zwischenfazit zum entwickelten Ansatz zur energetischen
Klassifizierung 121
5 Anwendung der Kennwertermittlung und Klassifizierung 123
5.1 Schritt 1: Maschinenklasse festlegen 123
5.2 Schritt 2: Bilanzgrenzen definieren 124
5.3 Schritt 3: Bezugsgröße bestimmen 124
5.4 Schritt 4: Potenzielle Einflussparameter auswählen 127
5.5 Schritt 5: Bezugsgröße und Einflussparameter messen bzw. erfassen 130
5.6 Schritt 6: Datensatz empirisch-statistisch analysieren 132
5.7 Schritt 7: Maschinen energetisch klassifizieren 141
5.8 Zwischenfazit zum ermittelten Kennwert für die prozessunabhängige Klassifizierung 145
6 Label-Entwurf 151
6.1 Auswahl der Beispielparameter 151
6.2 Label-Typ „Hexagon“ 153
6.3 Label-Typ „Piktogramm“ 154
6.4 Wirkung der Klassifizierungsmodule 155
7 Diskussion 157
7.1 Übertragbarkeit auf andere Maschinenklassen 157
7.2 Erfüllung der Anforderungen an ein Energielabel für
Werkzeugmaschinen 157
8 Zusammenfassung 161
9 Ausblick 163
10 Literaturverzeichnis 165
A Anhang 189
A 1 Umwelt- und Verbrauchskennzeichnung nach ISO 14020 189
A 2 Ökodesign nach DIN 50598 191
A 3 Einflussgrößen und deren Auswirkungen auf die Schnittkraft 194
A 4 Liste der untersuchten Maschinen 196
A 5 Energetische Testwerkstücke und Messergebnisse 197
A 6 Scatterplott-Matrix aller Parameter 203
A 7 Begriffsdefinition für Anforderungen an ein Energielabel für Werkzeugmaschinen 204
A 8 Historische Entwicklung 205 / Cutting Machine tools are playing an important role in the production of technical goods. Their energy consumption is significant in the industrial sector and so they were included in the European directive 2009/125/EC for energy-related products (ecodesign requirements). As buildings, consumer goods, and electric engines, machine tools must become verifiable more efficient. As the energy efficiency of machine tools and their comparison are research topics since a long time, no suitable methods for classification were found to facilitate an energy label. Cen-tral challenges are the lack of appropriated reference values as well as the large amount of impact values and use cases. Therefore, this work initially analyses established classification methods of other product groups and their applicability. The derived modular approach consists of a detailed procedure as well as statisti-cal methods for the normalization of significant impact parameters to one charac-teristic value. The classification method is applied and discussed exemplarily to a process-independent energy efficiency indicator. This classified value becomes one module in two drafts for an energy label.:1 Einleitung und gesellschaftliche Einordnung 23
1.1 Motivation 23
1.2 Relevanz 25
1.3 Wirkungsbetrachtung 30
2 Zielsetzung und Aufbau der Arbeit 35
2.1 Zielsetzung 35
2.2 Aufbau der Arbeit 36
3 Analyse bestehender Ansätze und Rahmenbedingungen 39
3.1 Normen und rechtlicher Rahmen 39
3.2 Ausgeführte Energielabel 43
3.3 Methoden zum energetischen Vergleich spanender Werkzeugmaschinen 55
3.4 Energetische Kennwerte als mögliche Bezugsgröße 66
3.5 Kennwertermittlung 81
3.6 Zwischenfazit zu bestehenden Ansätzen und Rahmenbedingungen 90
4 Ansatz zur energetischen Klassifizierung 93
4.1 Methode zur energetischen Klassifizierung 93
4.2 Vorgehen zur Kennwertermittlung und Klassifizierung 96
4.3 Analyse von Einflussgrößen und Randbedingungen zur Kennwertbildung 96
4.4 Konzeption der Klassifizierungsmodule 118
4.5 Zwischenfazit zum entwickelten Ansatz zur energetischen
Klassifizierung 121
5 Anwendung der Kennwertermittlung und Klassifizierung 123
5.1 Schritt 1: Maschinenklasse festlegen 123
5.2 Schritt 2: Bilanzgrenzen definieren 124
5.3 Schritt 3: Bezugsgröße bestimmen 124
5.4 Schritt 4: Potenzielle Einflussparameter auswählen 127
5.5 Schritt 5: Bezugsgröße und Einflussparameter messen bzw. erfassen 130
5.6 Schritt 6: Datensatz empirisch-statistisch analysieren 132
5.7 Schritt 7: Maschinen energetisch klassifizieren 141
5.8 Zwischenfazit zum ermittelten Kennwert für die prozessunabhängige Klassifizierung 145
6 Label-Entwurf 151
6.1 Auswahl der Beispielparameter 151
6.2 Label-Typ „Hexagon“ 153
6.3 Label-Typ „Piktogramm“ 154
6.4 Wirkung der Klassifizierungsmodule 155
7 Diskussion 157
7.1 Übertragbarkeit auf andere Maschinenklassen 157
7.2 Erfüllung der Anforderungen an ein Energielabel für
Werkzeugmaschinen 157
8 Zusammenfassung 161
9 Ausblick 163
10 Literaturverzeichnis 165
A Anhang 189
A 1 Umwelt- und Verbrauchskennzeichnung nach ISO 14020 189
A 2 Ökodesign nach DIN 50598 191
A 3 Einflussgrößen und deren Auswirkungen auf die Schnittkraft 194
A 4 Liste der untersuchten Maschinen 196
A 5 Energetische Testwerkstücke und Messergebnisse 197
A 6 Scatterplott-Matrix aller Parameter 203
A 7 Begriffsdefinition für Anforderungen an ein Energielabel für Werkzeugmaschinen 204
A 8 Historische Entwicklung 205
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:87424 |
| Date | 16 October 2023 |
| Creators | Paetzold, Jörg |
| Contributors | Neugebauer, Reimund, Dix, Martin, Technische Universität Chemnitz |
| Publisher | Verlag Wissenschaftliche Scripten |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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