Wie Werkzeugmaschinen auf Energieeffizienz getrimmt werden

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Weitere Optimierungsschritte befassten sich mit dem Energieverbrauch des Hydraulikaggregats. Untersuchungen zum Energieverbrauch des Hydraulikaggregats identifizierten die 200-bar-Axial-Verstellkolbenpumpe für die Werkstückspannung als Hauptenergieverbraucher. Indem der Projektpartner Bosch Rexroth AG, Lohr am Main, diese Hydraulikpumpe durch einen prototypischen Druckübersetzer – einen sogenannten Booster – austauschte, wurde die elektrische Leistungsaufnahme des Hydraulikaggregats deutlich gesenkt.

Prototypischer Druckübersetzer mit mehr Energieeffizienz als Hydraulikaggregat

Weiterer Vorteil dieser Lösung ist eine reduzierte Kühlleistung und somit eine reduzierte Leistungsaufnahme der Maschinenkühlung. Zusätzlich wurde auf der Sonderschau ein prototypisches Hydraulikaggregat mit drehzahlvariablem Pumpenantrieb und Druckspeichern vorgestellt. Dieses wird aktuell noch am WZL auf einem Prüfstand untersucht und in der Folge auch in das Bearbeitungszentrum Heller H2000 integriert. Dabei ermöglicht dieses prototypische Hydraulikaggregat im Gegensatz zur Lösung mit Booster eine weitere Energieeinsparung.

Eine merkliche Energieeinsparung ermöglicht auch die Optimierung des Kühlaggregats. Dieses dient beim Bearbeitungszentrum H2000 zur Kühlung des Hydraulikaggregats, des Schaltschranks sowie der Spindel. Dafür wurde die vorhandene Maschinenkühlung, die auf dem Heißgas-Bypass-Prinzip beruht, vom Projektpartner BKW Kälte-Wärme-Versorgungstechnik, durch ein im Energieverbrauch optimiertes prototypisches Kühlaggregat ersetzt.

Scroll-Verdichter ermöglicht Anpassung der Kühlleistung in weitem Bereich

Die Besonderheit dieser Anlage ist ein sogenannter digitaler Scroll-Verdichter. Er ermöglicht die Anpassung der Kühlleistung und der elektrischen Leistungsaufnahme der Kühlung in einem weiten Bereich. Dadurch wird die Leistungsaufnahme dem jeweiligen Kühlbedarf angepasst.

Um das System „Werkzeugmaschine“ durch die Komponentenoptimierung im Betriebsverhalten nicht negativ zu beeinflussen, muss das Systemverhalten der neuen Komponenten idealerweise dem ursprünglichen Verhalten entsprechen. Erst wenn dies sichergestellt ist, lassen sich weitergehende Verbesserungen, zum Beispiel Stand-by-Zustände oder Adaptionen des Betriebsverhaltens, „in Angriff“ nehmen.

Maschinensteuerung spielt wichtige Rolle bei Energieeffizienz des Gesamtsystems

Bei derartigen Systemen spielt die Maschinensteuerung eine wichtige Rolle. Dazu muss Wissen über das Betriebsverhalten der einzelnen Komponenten im Steuerungssystem hinterlegt werden. Der Projektpartner Siemens hat zu diesem Zweck das Konzept Control+ Energy in die Sinumerik-Steuerung der Maschine H2000 integriert. Dieses ermöglicht, den Energieverbrauch einer Werkzeugmaschine im Detail aufzuschlüsseln und für Subsysteme Stand-by-Zustände zu parametrieren. Im Bezug auf Manufacturing-Execution-Systeme (MES) bildet dies den ersten Schritt, um den Maschineneinsatz organisatorisch sinnvoll automatisiert zu planen.

So können, durch das MES automatisiert, zum Beispiel Stand-by-Zustände aktiviert werden, wenn die Auslastung der Fertigungsstraße keinen sinnvollen Produktivbetrieb mehr zulässt. Im Rahmen von Ewotek wird am Beispiel der zwei Demonstratoren nun untersucht, ob und welche der Subsysteme sinnvolle Stand-by-Zustände zulassen und welche Auswirkungen dies auf die thermische Stabilität der Maschinen hat.

Literatur

[1] Cecimo (Hrsg.): Cecimo Self-regulatory Initiative. In: Presentation at Consultation Forum, 17. November 2009, Brüssel.

[2] Neugebauer, H., und andere: Abschlussbericht – Untersuchung zur Energieeffizienz in der Produktion. Chemnitz: Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. 2008.

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