Vermeiden von Stand-by-Zeiten verbessert die Energieeffizienz von Maschinen

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In einem Beispiel (Bild 3) sind die auf Basis von Energiemessungen an einem modernen Drehautomaten hochgerechneten Verbräuche von Einzelkomponenten für eine Drei-Schicht-Serienfertigung bei einer Bearbeitungsaufgabe mit geringen Prozesskräften dargestellt. Der Hydraulikmotor hat in diesem Fall mit über 15000 kWh den größten Anteil. Das liegt vor allem daran, dass die verbaute Hydraulikpumpe direkt am Netz betrieben wird und somit eine konstante Leistungsaufnahme von 4 kW besitzt.

Mechanisches Drosselventil verhindert Energieeffizienz

Die vom Prozess tatsächlich benötigte Leistung wird über ein mechanisches Drosselventil gesteuert und zuviel gefördertes Öl wird ungenutzt in den Kreislauf zurück befördert. Legt man zugrunde, dass die Hydraulik nur in 30% der Bearbeitungszeit tatsächlich benötigt wird, sind über den Einsatz drehzahlgeregelter Aggregate oder abschaltbarer Kompaktaggregate Einsparungen von bis zu 10000 kWh/a realistisch.

Erst an zweiter Stelle folgt in diesem Beispiel mit knapp 13000 kWh die komplette Antriebsseite, bestehend aus zwei Spindel- und zahlreichen Vorschub- und Revolvermotoren inklusive der Leistungselektronik. Weil diese Komponenten durch eine hohe Effizienz charakterisiert sind, liegen die Ansätze zur Kosten- und Energieverbrauchsreduzierung vor allem in einer prozessangepassten Dimensionierung.

In dem betrachteten Beispiel werden die Antriebe in einem energetisch ungünstigen Teillastbereich beansprucht. Eine optimale Dimensionierung führt zum Erreichen eines höheren Wirkungsgrades der Motoren und Leistungselektronik bei gleichzeitig geringeren Anschaffungskosten.

Kühlschmierstoffpumpen und Lüfter bieten ebenfalls Energieeffizienz-Potenzial

Nachteilig wirken sich natürlich die Flexibilitätseinbußen bei einem zu erwartenden breiten Teilespektrum aus. Einen weiteren gewichtigen Anteil am Gesamtenergieverbrauch haben KSS(Kühl-Schmierstoff)-Pumpen sowie die Lüfter für Hauptspindeln und Schaltschrank. Auch hier können durch den Einsatz bedarfsgerecht angesteuerter Komponenten ungenutzte Einsparpotenziale gehoben werden.

Die vorgestellten Erkenntnisse zeigen, dass über eine Aufschlüsselung der Verbräuche von Einzelkomponenten stichhaltige Aussagen über Einsparpotenziale und die Effizienz der Gesamtmaschine getroffen werden können. Der konsequente Einsatz bereits heute existierender effizienter Techniken kann zu einer deutlichen Senkung der Betriebskosten von Werkzeugmaschinen führen. Dazu müssen jedoch das mangelnde Bewusstsein und die unzureichende Berücksichtigung der Lebenszykluskosten im Entscheidungsprozess für die Anschaffung einer neuen Maschine überwunden werden.

Benjamin Kuhrke ist Gruppenleiter umweltgerechte Produktion des Instituts für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen (IPT) der Technischen Universität Darmstadt, Stefan Rothenbücher ist Mitarbeiter der Gruppe Werkzeugmaschinen und Komponenten des IPT.

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