Im Lebenszyklus einer Werkzeugmaschine machen die Energiekosten laut Berechungen des Fraunhofer ISI

Im Lebenszyklus einer Werkzeugmaschine machen die Energiekosten laut Berechungen des Fraunhofer ISI 21 % der Betriebskosten aus (Bild: G. Sanders – Fotolia.com).

von Michaela Neuner

LANDSBERG (ks). Zwar arbeiten neue Werkzeugmaschinen mit immer effizienteren Komponenten und auch Steuerungen mit Standby-Modi sind längst auf dem Markt. Doch bei durchschnittlichen Einsatzzeiten von zehn bis hin zu 20 Jahren dominiert in Deutschland derzeit noch der Altbestand. „Das sind Maschinen, die zwar deutlich Jahre auf dem Buckel haben, die aber trotzdem weiter nutzbar sind“, stellt Philipp Eberspächer vom Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen (ISW) der Universität Stuttgart fest.

Er gehört zur Forschergruppe ‚Ecomation’, die den Energieverbrauch von Werkzeugmaschinen über Simulationen und Modelle steuerungstechnisch senken will – „ohne den Austausch von Komponenten“, betont er. Davon könnten alte wie neue Maschinen profitieren: „Auch Maschinen, die bereits effiziente Komponenten verbaut haben, kann man durch die gezielte Ansteuerung jeder einzelnen Komponente noch energieeffizienter machen“, ergänzt sein Kollege Jan Schlechtendahl. Nötig sind lediglich eine Maschinensteuerung, die es erlaubt Modelle zu rechnen, bzw. Schnittstellen um Modelle mit der Steuerung zu verbinden. Die ‚Ecomation’-Modelle ermöglichen es, Energieverbräuche ohne den Einsatz zusätzlicher Messgeräte zu erfassen. Zusätzlich lassen sie sich zur Steuerung der Maschinen, aber auch bei der NC-Planung nutzen, um verschiedene Bearbeitungsszenarien zu simulieren.

„Unser Ziel ist eine Software, die man auf einer Steuerung installieren kann und die dann für jeden einzelnen Betriebszustand selbständig Optimierungen vornimmt“, so Eberspächer, beispielsweise bei der Drehzahl der Spindel. Die Leistungsaufnahme soll sich auf „den reinen, für den Fertigungsprozess benötigten“ Bedarf reduzieren, ohne dass Qualität, Produktivität oder Sicherheit zu kurz kommen.

Ein eigenes Teilprojekt von ‚Ecomation’ beschäftigt sich deshalb mit dem maschinenfernen Regelkreis: dem Zusammenspiel mehrer Maschinen in einer Fertigungslinie sowie Heizung, Lüftung und Klima oder die zentrale Versorgung mit Druckluft und Kühl- und Schmierstoffen. Auch hier sollen Modelle helfen, Fertigungsaufgaben zu berechnen und diese so auf die Maschinen zu verteilen, dass der Energiebedarf insgesamt möglichst gering ausfällt. Der Fertigungsplaner könnte dann etwa ermitteln, ob es möglich ist, eine Maschine ganz abzuschalten oder nur stoßweise zu betreiben und Puffer zu nutzen.

In Arbeit ist auch ein Benachrichtigungssystem, über welches der Instandhalter Störungen und voraussichtliche Ausfallzeiten an das Leitsystem melden kann. „Dann entscheidet die Software automatisiert, was der optimale Fall für die restlichen Maschinen in dieser Linie ist, schaltet sie gegebenenfalls in einen Standby-Modus und fährt sie auch rechtzeitig wieder hoch“, erklärt Schlechtendahl. Dasselbe gilt für die Peripherie: „Wenn ich weiß, eine Linie von drei arbeitet nicht, dann kann ich die Leistung der zentralen Kühl-Schmierstoffversorgung um ein Drittel reduzieren“, ergänzt Eberspächer.
Bislang konzentriert sich ‚Ecomation’ auf Werkzeugmaschinen. „Wir haben aber auch schon Anfragen von Firmen, die Roboter einsetzen, ob man das Konzept nicht übertragen kann“, verrät Schlechtendahl. Hier ergaben Untersuchungen, dass ein Roboter die Hälfte des Jahres steht und dass 18% aller Pausen länger als zehn Minuten dauern. „Und das sind ja deutlich Zeiten, die man nutzen kann, um Roboter abzuschalten“, denkt Eberspächer.

aus Produktion Nr. 51-52, 2011