Hydraulik fordert Elektromechanik in der Energieeffizienz heraus

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Sind die konventionellen Hydraulikkonzepte für Werkzeugmaschinen vielerorts nicht mehr Stand der Technik?

Bauer: Viele gängige Konzepte sind noch der Tatsache geschuldet, dass die Hydraulik viel Flexibilität bei der Auslegung bietet. Sie umfassen eine zentrale Hydraulikpumpe, an die eine unterschiedliche Anzahl an Verbrauchern angeschlossen werden kann: ein Werkstückspannsystem als Hauptverbraucher, später noch ein Werkzeugspannsystem oder ein Palettenwechsler mit kleiner Vorschubachse als Nebenverbraucher. In der Summe kommt die Maschine folglich bei der Energiebilanz sehr schlecht weg.

Wie kann die Hydraulikbranche die Umsetzung energieeffizienter Konzepte vorantreiben?

Bauer: Wir müssen das teilweise fehlende Wissen über die effiziente Auslegung der Hydraulik und über das riesige Lösungsportfolio verstärkt an die Maschinenhersteller weitergeben. In den vergangenen Jahren haben diese die Anzahl ihrer Mitarbeiter mit tiefergehenden Hydraulikkenntnissen massiv reduziert. Hier müssen wir Aufklärungsarbeit leisten. Es gilt, insbesondere jene Maschinenhersteller aufzuklären, die in Sachen Hydraulik ein bisschen unsicher geworden sind, weil sie überall lesen, dass die elektrische Antriebstechnik der Königsweg ist.

Inwieweit nutzen Maschinenhersteller wie Gildemeister Prozessanalysen zur Verkürzung der Nebenzeiten und somit zur Verringerung des genannten 50%-Grundlastanteils der Hydraulikaggregate?

Pruschek: Wir haben Untersuchungen dieses 50%-Grundlastanteils unter Bereitschafts- und Zerspanbedingungen vorgenommen. Dazu haben wir Maschinenprototypen mit entsprechend geregelten Pumpen gebaut. Im Vergleich zu Werkzeugmaschinen mit Konstantpumpen zeigen diese Prototypen eine deutlich andere Energieaufteilung – zwischen dem Energieanteil, der in die Zerspanung geht, und dem Anteil der Grundaggregate. Man erkennt, dass die Konstantpumpen für den hohen Grundlastanteil bei der Kühlschmierstoff-Versorgung und der Hydraulik verantwortlich sind. Obwohl in Nebenzeiten keine Leistung von der Kühlschmierstoff-Versorgung und der Hydraulik abgerufen wird, ändert sich deren Leistungsaufnahme nicht.

Welche Schlüsse hat der Maschinenhersteller Gildemeister aus diesen Ergebnissen gezogen?

Pruschek: Wir bieten zum einen als Option Regelpumpen an. Den Einbau dieser Pumpen muss jedoch der Kunde wollen und den entsprechenden Mehrpreis akzeptieren. Zum anderen können wir mittels Software die unproduktiven Prozessphasen möglichst begrenzen. Dazu gibt es mehrere Ansätze. So kann nach der Zerpanung ein schneller Stand-by-Betrieb herbeigeführt werden, also ein Auto-Shut-down wie bei einem PC. Oder die Zerspanung erfolgt möglichst durch eine adaptive Regelung mit dem für das Werkzeug zulässigen Vorschub, sodass die Prozesszeiten minimiert werden. Eine dritte Möglichkeit ist die Verlagerung des Einrichtprozesses – von der Maschine in die Arbeitsvorbereitung. Auf diese Weise lässt sich zum Beispiel ein Bearbeitungsprogramm bereits vorab komplett testen, durch Simulation an einer virtuellen Werkzeugmaschine. Folglich muss an der Maschine nur noch das Werkzeug eingespannt werden, die Zerspanung kann sofort beginnen, ohne Einfahrprozess.

Welche Zeit- und Energieeinsparung bieten diese Möglichkeiten für Gildemeister-Kunden?

Pruschek: Einerseits gibt es Kunden, die ihre Bearbeitungsprozesse bereits so optimiert haben, dass keine unnötigen Zeiten entstehen. Bei diesen Zerspanern führen diese Ansätze nur zu relativ kleinen Einspareffekten. Andererseits gibt es Bearbeiter, die ihre Maschinen während der gesamten Schichten und sogar am Wochenende in Betriebsbereitschaft lassen. Das hat zum Beispiel den Grund, dass sich die Maschine bei kompletter Abschaltung entwärmen würde. Bei diesen Kunden können wir die gesamten Leerschichten einsparen, wobei wir die Maschine kurz vor Schichtbeginn softwaregesteuert wieder warmfahren würden. Bei nicht optimierten Prozessen kommen weitere Einspareffekte dazu. So senken wir bei schlecht eingestellten Prozessen den Energieverbrauch einer Werkzeugmaschine um 10 bis 15%. Zudem bewirkt die adaptive Vorschubregelung im Vergleich zu üblich programmierten Maschinenbewegungen etwa 20% Zeiterspanis im Durchschnitt. In der Summe ist eine Energieeinsparung von rund 50% möglich. In Kombination mit der Zeitersparnis beim Einfahren der Maschine beträgt die Energieersparnis mit Sicherheit mindestens 30% im Vergleich zu Standardabläufen.

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