Kennwerte geben Aufschluss über Energieeffizienz von Maschinen

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Der Energieleistungsgrad wiederum hilft der Produktionsplanung und der Instandhaltung beim Bewerten und Nachverfolgen der Energieeffizienz von Anlagen. Im dem Pilotprojekt konnte eindrucksvoll nachgewiesen werden, dass der Leistungsgrad nicht nur durch die gewählte Fertigungstechnik beeinflusst wird, sondern auch in Abhängigkeit vom Maschinenhersteller und -typ signifikant variiert. Darüber hinaus wurden sogar für gleiche Anlagen in Abhängigkeit vom Parametersetup oder dem Verschleißzustand der Anlagenkomponenten Schwankungen im Leistungsgrad von bis zu zehn Prozentpunkten nachgewiesen. Die Energiequalitätsrate gibt schließlich eindeutige Hinweise, wie durch unnötige oder unnötig lange Warmlaufzeiten der Anlagen sowie durch die Produktion von Ausschuss Energie ohne Wertschöpfung verschwendet wird.

Erst die Kennwertsystematik erreicht die nötige Datentransparenz

Zusammengefasst in die EEE wurde auf der Basis der Einzelkennwerte eine aussagekräftige Steuergröße zur Verfügung gestellt, mit der die Energieeffizienz der Produktion erfasst und optimiert werden kann. Im Projektverlauf zeigte sich, dass durch die ausschließliche Messung der Energieverbräuche die notwendige Transparenz zur Optimierung der Energieeffizienz in der Produktion nicht erreicht werden kann. Erst durch die Kennwertsystematik wurde der Ansatzpunkt zur Maßnahmengenerierung und -adressierung geschaffen (Bild 4). Für die Realisierung des Energiemonitors wurde beim Göppinger Werkzeugmaschinenhersteller MAG auf die Software von Kröhnert Infotecs zurückgegriffen. Sie besteht aus einem Programmteil, der auf der PCU der Maschinensteuerung installiert ist, die Daten ausliest und bereitstellt. Die Auswertung kann dann per Webbrowser über das Netzwerk aufgerufen werden. Somit ist keine weitere Software auf den Clientrechnern notwendig.

Die meisten Daten für die Auswertung werden bereits durch die Maschinensteuerung 840D von Siemens bereitgestellt. Um alle elektrischen Verbraucher zu erfassen, wurde ein zertifizierter Energiezähler installiert. Damit diese Daten der Maschinensteuerung und damit der Software zur Verfügung stehen, muss zusätzlich eine A/D-Wandlerkarte und eine Zählerkarte installiert werden. Die Daten des Sensors (typischerweise aktueller Verbrauch und kumulierter Verbrauch) werden dann auf einem Datenbaustein gespeichert.

Um den Energienutzungsgrad ENG korrekt erfassen zu können, wird ein zusätzliches Signal ausgewertet, das Aufschluss über den Betriebsmodus der Maschine gibt. Damit können alle im Automatikmodus verbrauchten Energien von den in anderen Betriebsmodi verbrauchten Energien separiert werden.

Durchgängig praktischer Ansatz mit hohem Nutzpotenzial

Für den Energieleistungsgrad ELG werden die Verbräuche der Nutzachsen, etwa von Spindel und Vorschubachsen, aus der Maschinensteuerung ausgelesen und zur restlichen Leistung (Energiezähler hinter Hauptschalter minus Verbräuche der Nutzachsen) ins Verhältnis gesetzt. Die Energiequalitätsrate EQR summiert sich aus drei Teilen:

• Alle Verbräuche, die durch Konformitätsabweichungen bedingt sind. Dazu zählen hauptsächlich Warmlaufprogramme. Zur Erfassung wird der Programmname ausgelesen und wenn dieser eindeutig einem Warmlaufprogramm zugeordnet werden kann, werden die in der Laufzeit angefallenen Verbräuche dieser Kategorie zugeordnet.

• Alle Verbräuche, die durch Taktzeitänderungen bedingt sind. In den NC-Programmen von Daimler ist die Sollaufzeit hinterlegt, diese wird aus den Programmen extrahiert und mit der Istlaufzeit des Programms verglichen. Alle Abweichungen werden dann in dieser Kategorie gesammelt.

• Alle Verbräuche, die durch N.i.O.-Teile bedingt sind. Dazu gibt es die Möglichkeit, direkt als Ausschuss erkannte Teile über das HMI einzugeben oder, bei späterer Erkennung etwa im Messraum, diese über eine Webseite nachzupflegen. Die Energieverbräuche pro Werkstück werden standardmäßig mitgeloggt und können so auch nachträglich zugeordnet werden. Eine Möglichkeit der Darstellung mit Tachos wird in Bild 4 gezeigt, die einen schnellen Überblick über die Gesamteffizienz sowie eine intuitive Identifikation von möglichen Problemstellen schafft.

Die EEE und der Energiemonitor stellen einen praxisorientierten Ansatz zur Erfassung der wertschöpfenden Energieverbräuche in der Produktion dar. Ein breit aufgestelltes Konsortium aus Softwareherstellern, Werkzeugmaschinen-OEM und Anlagenbetreibern schaffte ein System mit hohem Automationsgrad. Aktuell arbeitet das Team an verschiedenen Maßnahmen wie der Implementierung dieser Kennzahlenthematik in das Lastenheft von Daimler sowie der Ausweitung von der Einzelmaschine hin zu mehreren vernetzten Anlagen.

* Dr.-Ing. Manfred Kleinjans ist Manager Energy Efficiency Daimler Trucks bei der Daimler AG im Werk Rastatt. Kai Kröhnert ist Geschäftsführer der Kröhnert Infotecs GmbH in Karlsruhe. Dr.-Ing. Jan Kotschenreuther ist Vice President Software & Controls bei der MAG IAS GmbH in 73033 Göppingen

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