Wie Werkzeugmaschinen auf Energieeffizienz getrimmt werden

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MaSuB GmbH - Maschinen für die Schweißnahtvorbereitung und Blechbearbeitung

Bosch Rexroth AG

Knoll Maschinenbau GmbH

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Auf der Messe EMO Hannover 2011 konnten sich die Besucher über den Stand des Projekts informieren. Auf der Sonderschau Blue Competence des Vereins Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken e. V. (VDW) wurde das Bearbeitungszentrum H2000 von Heller mit den bereits umgesetzten Verbesserungen zur Steigerung der Energieeffizienz vorgestellt. Die Ausstattung der Maschine ist dabei geeignet sowohl den Betrieb in der Serienfertigung als auch den sogenannten Job-Shop-Betrieb abzubilden. Auf der Sonderschau standen dabei vor allem jene Maschinenkomponenten im Fokus, deren Leistungsaufnahme üblicherweise den Fertigungsverbrauch einer H2000 dominieren.

Über 80% des Energieverbrauchs entfallen auf wenige Werkzeugmaschinen-Komponenten

Um den Ausgangszustand hinsichtlich des Energieverbrauchs einer konventionellen H2000 zu Projektbeginn zu erfassen, wurden Bearbeitungsfolgen aus dem normalen Maschineneinsatz beim Anwender analysiert. Daraus wurde eine Testbearbeitung abgeleitet, die nachfolgend als Referenz zur Bewertung umgesetzter Optimierungsmaßnahmen für die H2000 herangezogen werden konnte. Gleichzeitig wurden auf diese Weise die Komponenten identifiziert, für welche einerseits ein signifikanter Energieverbrauch vorliegt und andererseits ein wirtschaftlich umsetzbares Einsparpotenzial zu erwarten ist.

Ansätze zur Energieeinsparung bieten dieser Untersuchung zufolge die Kühlschmiermittelzufuhr und -aufbereitung, das Hydrauliksystem, das Kühlsystem und der Asynchronmotor (35 kW) für den Spindelantrieb. Diese Komponenten sind maßgeblich verantwortlich für die Leistungsaufnahme der Maschine bei üblichen Bearbeitungsaufgaben. Diese Komponenten beanspruchen für die oben beschriebene exemplarische Testbearbeitung etwa 85% des Gesamtenergieverbrauchs der Maschine. Gemeinsam mit den Partnern wurde für diese Komponenten im weiteren Projektverlauf geeignete Optimierung identifiziert und am Demonstrator umgesetzt.

Mehr Energieeffizienz durch Optimierungen bei Komponenten wie auch im Betrieb

Die umgesetzten Maßnahmen betreffen Komponenten- und Betriebsoptimierungen – bei den Komponenten beispielsweise die Installation drehzahlgeregelter Pumpen für die Kühlschmierstoffzufuhr und -aufbereitung, der Einsatz hydraulischer Druckübersetzer als Pumpenersatz sowie der Austausch von Komponenten im Rückkühlsystem (Wärmetauscher, Verdichter und Umwälzkreislauf). Bezüglich der Betriebsoptimierung seien die verlustoptimale Antriebsregelung für das Hauptspindelsystem sowie die Visualisierung der Energie- und Leistungsaufnahme auf dem HMI (Human Machine Interface) und die Vermeidung der Blindleistungsaufnahme genannt.

Diese werden aktuell noch ergänzt, zum Beispiel durch Maßnahmen zur betriebspunktabhängigen Vorsteuerung einzelner Subsysteme. Die für die Hauptspindelregelung eingesetzte Feldstromabsenkung lässt sich durch eine solche Vorsteuerung so weit optimieren, dass keinerlei Prozesseinfluss resultiert.

Drehzahlvariable Hochdruckpumpe verbessert die Kühlschmierstoffzufuhr

Die oben beschriebenen Umsetzungen zeigten sich auf der Sonderschau unter anderem bei der druckgeregelten Innen-Kühlschmierstoffzufuhr durch die Hochdruckpumpe des Kühlschmierstoffaggregats des Projektpartners Knoll Maschinenbau. Im Vergleich zur konventionellen Lösung der Bypass-Regelung und Konstantpumpe mit festem Betriebspunkt wird der Gesamtvolumenstrom des Kühlschmierstoffkreislaufs dem tatsächlichen Bedarf angepasst.

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