Energiemonitoring in der Fertigung: Definition und Praxis

Was ist Energiemonitoring?

Energiemonitoring bezeichnet die kontinuierliche Erfassung, Visualisierung und Auswertung des Energieverbrauchs in einer Fertigung. Das Ziel ist Transparenz: Welche Maschine verbraucht wie viel Energie, in welchem Betriebszustand und zu welchem Zeitpunkt?

In den meisten produzierenden Unternehmen ist der Energieverbrauch eine Blackbox. Die Stromrechnung kommt am Monatsende, aufgeschlüsselt nach Werk oder Gebäude, aber nicht nach Maschine, Schicht oder Auftrag. Das bedeutet: Niemand weiss, welche Anlage im Leerlauf Strom verschwendet, ob die Druckluftversorgung in der Nachtschicht sinnlos durchläuft oder ob eine Spritzgussmaschine nach dem Rüstwechsel doppelt so viel Energie zieht wie nötig.

Energiemonitoring schliesst genau diese Lücke. Es macht den Verbrauch sichtbar, ordnet ihn den Verursachern zu und liefert die Datenbasis für gezielte Massnahmen. Ohne diese Datenbasis bleiben Energiesparprojekte Schätzungen.

Warum Energiemonitoring in der Fertigung wichtig ist

Die Gründe für Energiemonitoring haben sich in den letzten Jahren vervielfacht. Was früher ein reines Kostenthema war, ist heute eine Kombination aus wirtschaftlichem Druck, regulatorischen Anforderungen und strategischer Notwendigkeit.

Kostendruck. Energie ist in vielen Fertigungsbetrieben der zweit- oder drittgrösste Kostenblock nach Material und Personal. In energieintensiven Branchen wie Metallverarbeitung, Kunststoffverarbeitung und Lebensmittelindustrie liegt der Energieanteil an den Herstellkosten bei 5 bis 15 %. Jede Kilowattstunde, die eine Maschine im Leerlauf verbraucht, fehlt in der Marge.

Regulatorische Anforderungen. Die EU-Energieeffizienzrichtlinie (EED), die CSRD-Berichtspflichten und die ISO 50001 verlangen von Unternehmen ab einer bestimmten Grösse, ihren Energieverbrauch systematisch zu erfassen und zu dokumentieren. Wer ein Energiemanagementsystem nach ISO 50001 betreibt, braucht nachweisbare Messdaten auf Anlagenebene. Ohne Energiemonitoring ist diese Norm nicht umsetzbar.

Kundendruck. OEMs und grosse Abnehmer verlangen zunehmend Angaben zum CO₂-Fussabdruck pro Bauteil. Wer den Energieverbrauch pro Auftrag oder pro Stück nicht messen kann, verliert bei der nächsten Ausschreibung.

Versteckte Verschwendung. In einer typischen Fertigung verbrauchen Maschinen im Leerlauf zwischen 30 und 70 % der Energie, die sie im Produktivbetrieb benötigen. Druckluftleckagen, ineffiziente Kühlung, nicht abgeschaltete Nebenaggregate: All das bleibt ohne maschinennahe Verbrauchsmessung unsichtbar.

Was Energiemonitoring misst

Energiemonitoring in der Fertigung erfasst verschiedene Messgrössen, abhängig von den Energieträgern und der Infrastruktur des Werks.

Elektrische Energie ist der häufigste Ausgangspunkt. Gemessen werden Wirkleistung (kW), Wirkarbeit (kWh), Blindleistung (kvar), Strom (A) und Spannung (V). Daraus lassen sich Lastprofile, Spitzenlasten und der Leistungsfaktor (cos φ) ableiten. Die Messung erfolgt über Stromwandler und Energiemessgeräte, die an Maschinenabgängen oder Verteilern installiert werden.

Druckluft ist in vielen Fertigungen der teuerste Energieträger, weil die Erzeugung extrem ineffizient ist. Gemessen werden Volumenstrom (m³/h), Druck (bar) und Betriebsstunden der Kompressoren. Leckagen im Druckluftnetz verursachen typischerweise Verluste von 20 bis 30 % der erzeugten Druckluft.

Thermische Energie betrifft Heizung, Kühlung und Prozesswärme. Relevant in der Lebensmittelindustrie (Pasteurisierung, Sterilisation), in der Kunststoffverarbeitung (Zylinderheizung, Werkzeugtemperierung) und in der Metallverarbeitung (Öfen, Härteöfen). Gemessen werden Temperatur, Durchfluss und Wärmemenge (kWh thermisch).

Gas (Erdgas, Propan) wird in Brennöfen, Trocknungsanlagen und Heizungen eingesetzt. Gemessen werden Volumenstrom (m³/h) und Brennwert.

Energiemonitoring vs. Energiemanagement

Die beiden Begriffe werden oft gleichgesetzt, beschreiben aber unterschiedliche Dinge.

Energiemonitoring ist die Datenerfassung und Visualisierung. Es beantwortet die Frage: Wie viel Energie verbraucht welche Anlage wann?

Energiemanagement ist der übergeordnete Prozess: Ziele setzen, Massnahmen ableiten, umsetzen, überprüfen. Die ISO 50001 definiert ein Energiemanagementsystem als PDCA-Zyklus (Plan-Do-Check-Act).

Energiemonitoring ist die Voraussetzung für Energiemanagement. Ohne verlässliche Verbrauchsdaten lassen sich keine sinnvollen Ziele definieren, keine Massnahmen priorisieren und keine Erfolge nachweisen. In der Praxis scheitern viele ISO-50001-Projekte daran, dass die Datenbasis fehlt oder nur aus monatlichen Zählerablesungen besteht.

Wie Energiemonitoring in der Fertigung funktioniert

Die technische Umsetzung von Energiemonitoring folgt einem klaren Muster: messen, übertragen, speichern, auswerten.

Schritt 1: Messpunkte definieren. Nicht jede Maschine muss einzeln gemessen werden. In der Praxis beginnt man mit den grössten Verbrauchern: Kompressoren, Kühlanlagen, grosse Bearbeitungszentren, Spritzgussmaschinen, Öfen. Die Faustregel: 20 % der Anlagen verursachen 80 % des Verbrauchs. Diese 20 % zuerst.

Schritt 2: Messtechnik installieren. Für elektrische Energie werden Stromwandler und Energiemessgeräte an den Maschinenabgängen oder Unterverteilern installiert. Moderne Messgeräte mit Modbus-, M-Bus- oder Ethernet-Schnittstelle liefern die Daten digital. Für Druckluft und Gas kommen Durchflusssensoren zum Einsatz. Für Temperatur und Wärme: Temperaturfühler und Wärmemengenzähler.

Schritt 3: Daten übertragen. Die Messdaten müssen vom Sensor in ein zentrales System gelangen. Bei modernen Anlagen geschieht das über OPC UA oder Modbus TCP direkt aus der Steuerung. Bei Bestandsanlagen werden IoT-Gateways eingesetzt, die analoge Signale (4-20 mA) oder digitale Impulse in Cloud-fähige Datenströme umwandeln.

Schritt 4: Daten speichern und auswerten. In einem MES oder einer dedizierten Energiemonitoring-Software werden die Daten gespeichert, aggregiert und visualisiert. Dashboards zeigen den aktuellen Verbrauch pro Maschine, Linie oder Werk. Historische Analysen ermöglichen Schichtvergleiche, Trendanalysen und die Identifikation von Anomalien.

Wichtige Kennzahlen im Energiemonitoring

Rohdaten allein bringen keinen Nutzen. Erst durch die Verknüpfung mit Produktionsdaten entstehen aussagekräftige Kennzahlen.

Spezifischer Energieverbrauch (kWh pro Stück oder kWh pro kg). Die wichtigste Kennzahl im Energiemonitoring. Sie setzt den Energieverbrauch in Relation zur produzierten Menge. Nur so lassen sich Vergleiche zwischen Schichten, Maschinen, Produkten und Zeiträumen anstellen. Ein absoluter Verbrauchswert (z. B. "Maschine A hat gestern 450 kWh verbraucht") ist ohne Bezug zur Ausbringung wertlos.

Energieverbrauch nach Betriebszustand. Die Verknüpfung von Energiedaten mit Maschinenzuständen (Produktion, Rüsten, Leerlauf, Stillstand) zeigt, wo Energie verschwendet wird. Eine Presse, die im Leerlauf 60 % der Produktivleistung zieht, hat ein anderes Einsparpotenzial als eine CNC-Maschine, die im Stillstand nahezu nichts verbraucht.

Lastspitzen und Lastgang. Der Lastgang zeigt den zeitlichen Verlauf der elektrischen Leistung. Lastspitzen treiben den Leistungspreis nach oben (in vielen Stromtarifen wird die höchste 15-Minuten-Spitze des Jahres als Abrechnungsgrundlage verwendet). Wer seine Lastspitzen kennt, kann Anlaufzeiten staffeln und so den Leistungspreis senken.

Energiekosten pro Auftrag. Wer den Energieverbrauch pro Auftrag kennt, kann die Herstellkosten exakter kalkulieren und energieintensive Aufträge gezielt auf günstige Zeiten (z. B. Nachtstromtarif) legen.

Typische Einsparpotenziale in der Praxis

Die Erfahrung aus der Praxis zeigt: Allein durch Transparenz, also durch das Sichtbarmachen des Verbrauchs, sinkt der Energieverbrauch in den ersten Monaten um 5 bis 10 %. Der Grund ist einfach: Sobald Menschen sehen, was Energie kostet, ändern sie ihr Verhalten.

Leerlaufvermeidung. In einer typischen Fertigung laufen Maschinen zwischen 15 und 40 % der geplanten Produktionszeit im Leerlauf. Automatische Abschaltung nach einer definierten Leerlaufzeit spart sofort Energie. Voraussetzung: Das Monitoring-System erkennt den Zustand "Leerlauf" und löst eine Aktion aus (Alarm oder automatische Abschaltung).

Druckluftleckagen. In vielen Werken gehen 20 bis 30 % der erzeugten Druckluft durch Leckagen verloren. Kontinuierliche Überwachung des Druckluftvolumenstroms macht diese Verluste sichtbar. Gezielte Leckagebehebung spart typischerweise 10 bis 20 % der Druckluftkosten.

Lastspitzenmanagement. Durch zeitversetzte Anlaufsequenzen (z. B. grosse Anlagen nicht gleichzeitig einschalten) lassen sich Lastspitzen um 10 bis 25 % senken. Das reduziert direkt den Leistungspreis.

Prozessoptimierung. Energiedaten in Kombination mit Prozessdaten zeigen, welche Parameter energieeffizient sind. Eine Spritzgussmaschine, die mit optimierter Zylindertemperatur und kürzerer Nachdruckzeit arbeitet, produziert dieselbe Qualität bei weniger Energieeinsatz.

Die Verbindung von Energiemonitoring und Produktionskennzahlen

Der grösste Hebel im Energiemonitoring entsteht durch die Verknüpfung mit Produktionsdaten. Isoliert betrachtet sagt ein Energiewert wenig. Erst in Kombination mit OEE, Stückzahlen, Stillständen und Auftragszeiten wird der Verbrauch interpretierbar.

Ein Beispiel: Eine Schmiedepresse verbraucht an einem Tag 2.000 kWh. Ist das viel oder wenig? Ohne Produktionsdaten ist die Frage nicht beantwortbar. Wenn die Presse an diesem Tag 8.000 Teile produziert hat, liegt der spezifische Verbrauch bei 0,25 kWh pro Teil. Wenn sie nur 4.000 Teile produziert hat (weil sie 4 Stunden stillstand und im Leerlauf lief), liegt der spezifische Verbrauch bei 0,50 kWh pro Teil, also doppelt so hoch.

Genau hier liegt der Vorteil eines integrierten Ansatzes. Wenn Energiedaten im selben System erfasst und ausgewertet werden wie Maschinendaten und Betriebsdaten, entsteht ein vollständiges Bild. Die Fragen "Warum war die OEE gestern niedrig?" und "Warum war der Energieverbrauch gestern hoch?" haben oft dieselbe Antwort: ungeplante Stillstände mit laufenden Nebenaggregaten.

Was SYMESTIC zum Energiemonitoring beiträgt

SYMESTIC bietet ein eigenständiges Energie-Monitoring-Modul als Teil der Cloud-MES-Plattform. Das Modul erfasst Energieverbrauchsdaten pro Maschine und Linie in Echtzeit und integriert sie mit den vorhandenen Produktionsdaten.

• Echtzeit-Erfassung pro Maschine. Energieverbrauch wird auf Maschinenebene gemessen und mit dem jeweiligen Betriebszustand verknüpft (Produktion, Rüsten, Leerlauf, Stillstand). Die Daten kommen über IoT-Gateways, OPC UA oder analoge Signale (4-20 mA über DI-Gateway) in die Plattform.
• Spitzenlast-Identifikation. Das System erkennt Lastspitzen und zeigt, welche Maschinen und welche Betriebszustände sie verursachen. Alarme bei Überschreitung definierter Leistungsgrenzen ermöglichen sofortige Reaktion.
• Verknüpfung mit Produktionskennzahlen. Da Energiedaten und Produktionsdaten (OEE, Stückzahlen, Stillstände, Aufträge) im selben System liegen, lassen sich Kennzahlen wie kWh pro Stück, Energiekosten pro Auftrag und Verbrauch pro Schicht automatisch berechnen.
• Historische Analyse. Alle Energiedaten werden gespeichert und stehen für Trendanalysen, Schichtvergleiche und Benchmarks zwischen Maschinen oder Werken zur Verfügung.
• ISO-50001-Unterstützung. Die durchgängige Dokumentation des Energieverbrauchs auf Anlagenebene liefert die Datenbasis, die ein Energiemanagementsystem nach ISO 50001 erfordert.

SYMESTIC beziffert das erreichbare Einsparpotenzial durch Energiemonitoring auf 5 bis 10 % des Energieverbrauchs. Dieser Wert ergibt sich aus der Kombination von Leerlaufvermeidung, Lastspitzenmanagement und gezielter Prozessoptimierung auf Basis transparenter Verbrauchsdaten.

Häufige Fragen zum Energiemonitoring

Brauche ich spezielle Energiezähler, oder reichen die vorhandenen Daten?

Die Hauptzähler am Gebäudeeingang reichen für anlagenspezifisches Monitoring nicht aus. Für maschinennahes Energiemonitoring braucht man Unterzähler an den Maschinenabgängen oder Verteilern. Moderne Energiemessgeräte mit Modbus- oder Ethernet-Schnittstelle kosten zwischen 200 und 800 Euro pro Messpunkt und lassen sich ohne Produktionsunterbrechung installieren (über Klappstromwandler).

Wie hängt Energiemonitoring mit ISO 50001 zusammen?

ISO 50001 fordert ein systematisches Energiemanagementsystem mit messbaren Zielen und nachweisbarer Verbesserung. Energiemonitoring liefert die Datenbasis: die energetische Ausgangsbasis (Baseline), die laufende Verbrauchserfassung und den Nachweis der Einsparungen. Ohne Monitoring auf Anlagenebene ist ein ISO-50001-Audit schwer zu bestehen.

Kann ich Energiemonitoring mit vorhandener Maschinendatenerfassung kombinieren?

Ja, und das ist der effizienteste Ansatz. Wenn bereits ein MDE-System oder MES im Einsatz ist, lassen sich Energiedaten über dieselben Gateways und dieselbe Infrastruktur erfassen. Die Verknüpfung von Energie- und Produktionsdaten im selben System macht die Auswertung deutlich aussagekräftiger als ein isoliertes Energiemonitoring.

Was bringt Energiemonitoring finanziell?

Die typische Energieeinsparung liegt bei 5 bis 10 % in den ersten 12 Monaten, allein durch Transparenz und daraus abgeleitete Sofortmassnahmen (Leerlaufvermeidung, Druckluftsanierung, Lastspitzenmanagement). Bei einem Werk mit 500.000 Euro Jahresenergiekosten entspricht das 25.000 bis 50.000 Euro Einsparung pro Jahr. Die Investition in Messtechnik und Software amortisiert sich in der Regel innerhalb von 6 bis 12 Monaten.

Wie schnell kann Energiemonitoring eingeführt werden?

Die Installation von Energiemessgeräten an 10 Maschinen dauert typischerweise 1 bis 3 Tage. Wenn die Messtechnik steht und ein Cloud-MES wie SYMESTIC als Plattform dient, sind die ersten Dashboards innerhalb weniger Stunden konfiguriert. Der Gesamtaufwand von der Entscheidung bis zum ersten auswertbaren Dashboard liegt bei 2 bis 4 Wochen.

Über den Autor:

Martin Brandel

MES Consultant und Projektleiter bei der symestic GmbH. Über 30 Jahre Erfahrung in industrieller Automatisierung und Maschinenanbindung. Dipl.-Ing. Nachrichtentechnik.