Effizienzfabrik Werkzeugmaschinen werden zu Stromsparern

Eine durchschnittliche Dreh-, Fräs- oder Schleifmaschine stößt jährlich indirekt so viel CO₂ wie zehn Pkw aus. Energie und Medien verursachen bei Werkzeugmaschinen 40 % der Betriebsausgaben. Diese Zahlen sind alarmierend, doch technische Innovationen können die Effizienz steigern. Die Verbundprojekte der Effizienzfabrik zeigen wie.

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Werkzeugmaschinen arbeiten sehr energieintensiv – das soll sich nun ändern. Mit über 50 Mio. Euro fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) die Entwicklung ressourceneffizienter Produktionstechnologien. Mit der Energieoptimierung von Werkzeugmaschinen beschäftigten sich drei der 31 Verbundprojekte des Förderschwerpunkts „Ressourceneffizienz in der Produktion“. Über die Innovationsplattform Effizienzfabrik, eine Initiative des BMBF und des VDMA, erfolgt unter anderem die Kommunikation der Forschungsergebnisse.

Amortisationszeiten für Investitionen in Energieeffizienztechnik haben sich stark verkürzt

Um den Abnehmern von Werkzeugmaschinen eine Kosten-Nutzen-Relation an die Hand geben zu können, muss der Effekt der Energieoptimierung quantifizierbar sein. Jedoch ist den meisten Anwendern der exakte Energieverbrauch von Werkzeugmaschinen weitgehend unbekannt, und es fehlen objektive, standardisierte Vergleichsmöglichkeiten. Fest steht indes, dass die Amortisationszeiten für Investitionen in Energieeffizienztechnik heute im Schnitt um 20 % kürzer sind als noch vor drei Jahren.

In der Werkzeugherstellung steigt zudem der Einfluss der Energiekosten auf die Herstellkosten. Weil mit weiterhin steigenden Strompreisen zu rechnen ist, zahlt sich eine Optimierung auch langfristig aus. Messungen haben ergeben: Besonders hoch ist der Energiebedarf in der Hauptspindel, dem Herzstück jeder Werkzeugmaschine. Sie frisst nicht nur viel Strom, sondern benötigt auch Druckluft und Kühlleistung für ihren Betrieb.

Die Spindel als wichtiger Hebel für den Energieverbrauch

Das Verbundprojekt Energie MSP (Energiebedarfsoptimierte Motorspindel und angepasster elektrischer Antriebsstrang) hat die Einsparmöglichkeiten des wichtigsten Bauteils analysiert. Vor allem der Aufbau des Spindelmotors und die Stromspeisung der Antriebe bieten großes Potenzial, die Effizienz zu erhöhen. Ziel der Projektpartner war es, den Verbrauch der Spindelkomponenten zu optimieren, um damit den Energiebedarf in der Motorspindel bei gleichbleibender Leistung um 25 % zu senken.

Zunächst wurden die Einsparmöglichkeiten des Bauteils in allen Betriebsbereichen analysiert und der Verbrauch der einzelnen Spindelkomponenten optimiert. Die Forscher richteten ihr Augenmerk vor allem auf den Aufbau des Antriebsmotors und auf die Konzeption der Speisung sowie auf die Lagerung, das Spannsystem, die Drehdurchführung und auf den Rotor. Eine der Lösungen ist der Einsatz von Leichtbaumaterialien wie Faser-Kunststoff-Verbünden. Für das Beschleunigen und Bremsen einer Spindel aus diesem Material wird weniger Energie benötigt, da die rotierenden Massen geringer sind.

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