Wie viel Energie erfordern Werkzeugmaschinen?
Energiesparpotenziale von Werkzeugmaschinen
Manchmal passt einfach alles zusammen: Die Rede ist von der Volkswagen AG mit ihrer ökologischen Strategie „Think Blue. Factory“ und der TU Braunschweig, die kürzlich mit dem Deutschen Rohstoffeffizienzpreis 2011 des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie ausgezeichnet wurde. Im Auftrag des VW-Werks in Baunatal erforschen die ausgezeichneten Niedersachsen die Energiesparpotenziale von Werkzeugmaschinen.
Mit der Kampagne „Think Blue. Factory“ optimiert Volkswagen weltweit seine Fertigungen im Hinblick auf Ressourcen- und Energieeffizienz. Beispiel Baunatal: Der Automobilhersteller baut im dortigen Werk bis zum Jahr 2013 ein transparentes Energiemanagementsystem auf. Dirk Sauermann, Leiter des Energieteams, setzt bei Maschinen- und Komponentenherstellern auf eine „transparente Darstellung des Energieverbrauchs“.
Niedersachsen forschen für Nordhessen
Unterstützung erhalten die Nordhessen von der Abteilung Produkt- und Life-Cycle-Management des Instituts für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (IWF) der Technischen Universität Braunschweig, die apl. Prof. Dr.-Ing. Christoph Herrmann seit dem Jahr 2000 leitet. Seit 2010 arbeiten die Niedersachsen mit dem VW-Werk in Baunatal auf dem Gebiet der Energie- und Ressourceneffizienz zusammen.
„Das Werk verfügt über rund 5.000 Werkzeugmaschinen, zu denen viele Daten vorliegen. Damit können wir über Trendanalysen erstmalig Aussagen zur Entwicklung der Energieaufnahme von Werkzeugmaschinen ableiten“, berichtet Wissenschaftler André Zein. „Unsere Analysen zeigen, dass sich die Energiebedarfe von verschiedenen Maschinenkonzepten für die gleiche Bearbeitungsaufgabe um den Faktor fünf unterscheiden können. Dies bildet unsere Forschungsmotivation, nach effizienten Lösungen zu suchen.“
„Wir gingen der Kernfrage nach: Was ist eigentlich eine energieeffiziente Werkzeugmaschine?“, erläutert Professor Herrmann. „Damit ließe sich ein Benchmark ermitteln: Wie sieht der minimale Energieverbrauch aus, der sich realisieren ließe?“ Für diese Fragestellung erwies sich das Werk in Baunatal als der richtige Partner, denn dank der vielen Maschinen konnten die Braunschweiger beispielsweise anhand von Zeitreihenanalysen ermitteln, wie sich die elektrische Anschlussleistung seit der Anschaffung der ersten Werkzeugmaschinen im Jahr 1930 historisch entwickelt hat.
51 Ansätze zum Energiesparen
Die Braunschweiger haben für das nordhessische Werk 51 Ansätze zum Energiesparen entwickelt, von denen bereits 19 Ansätze im Werk verifiziert werden konnten und noch 32 im Prüfstatus zur weiteren Ausarbeitung anstehen. Dabei geht es nicht nur um sehr naheliegende bekannte Maßnahmen, wie zum Beispiel energieeffizientere Motoren, sondern auch um grundlegend neue Ansätze. „Wir fanden gemeinsam heraus, wie viel Energie sich einsparen lässt, wenn weniger Material abgetragen werden muss, weil das zu zerspanende Bauteil wesentlich endkonturnaher vorgeformt wird“, erläutert der Wissenschaftler.
„In Zeiten, in denen der Anwender seine Maschinen nicht in Volllast fährt, gibt es mehrere Stellhebel zum Energiesparen“, so Professor Hermann. „Eine Möglichkeit bei verketteter Produktion besteht darin, die Prozesskette so geschickt zu planen, dass keine Wartezeiten auftreten.“ Hier ließe sich viel Energie einsparen, denn bis zu 70 Prozent des Gesamtenergieverbrauches würden auf den Grundbedarf entfallen. „Eine Maßnahme besteht daher darin, eine Maschine in produktionsfreien Zeiten soweit wie technisch möglich herunterzufahren“, erklärt Wissenschaftler Zein. „Der Auftrag lautet daher an die Branche: Konstruktion einer Werkzeugmaschine mit minimaler Grundlast, die in sehr kurzer Zeit betriebsbereit und auch betriebswarm ist.“
Welche Erfahrungen und Folgerungen zieht das VW-Werk in Baunatal aus den Ergebnissen des Forschungsprojekts? „Die Untersuchungen im Rahmen des Projektes und unsere täglichen Erfahrungen zeigen, dass bestehende Anlagen nur mit großem Aufwand energetisch optimiert werden können“, meint Dirk Sauermann, Leiter des Energieteams. „Zielführend ist hier die Zusammenarbeit mit den Maschinen- und Komponentenherstellern. Neben der energetischen Optimierung im Maschinenbestand legen wir seit 2011 einen weiteren Schwerpunkt auf die systematische Berücksichtigung der Energieeffizienz bei Neuanlagenbeschaffungen.“
Einfach Messen und Auswerten
Doch wie gehen Werkzeugmaschinen-Anwender vor, die nicht über die Möglichkeiten eines Konzerns verfügen? „Wir haben dazu für kleine und mittlere Unternehmen eine Standardvorgehensweise zum Erfassen der Daten entwickelt, wenn sie beispielsweise nur über Maschinen und Anlagen mit älteren Steuerungen verfügen“, erläutert Professor Herrmann. „Mein Tipp: Sie sollten einfache, robuste Messtechnik mit einem einfachen, standardisierten Auswerteprogramm nutzen.“ Er hofft außerdem auf mehr Transparenz bei den Maschinenherstellern. „Mir gefällt hier die Idee vom Energiepass sehr gut, der angibt, wie viel Energie eine Maschine in einer spezifischen Anwendung verbraucht und wie viel sie dabei leistet“, meint der Wissenschaftler. Sehr wichtig ist für ihn, dass sich die Anwender untereinander und mit den Herstellern auch auf diesem Gebiet austauschen.
Mehr Informationen zur TU Braunschweig:
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Technische Universität Braunschweig |
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Instituts für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (IWF) |
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Produkt- und Life Cycle Management |
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Langer Kamp 19 b |
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38106 Braunschweig |
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Tel.: +49 531 391-7601 |
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Fax: +49 531 391-5842 |
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www.iwf.tu-braunschweig.de |
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