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Auf die Komponenten kommt es an

Software macht Energieeinsparungen quantifizierbar
Auf die Komponenten kommt es an

Die Beschaffung energieeffizienter Produktionsmittel ist bei den meisten Automobilherstellern mittlerweile fest im Lastenheft vorgegeben. Dabei werden den Maschinenlieferanten Kriterien und Komponenten, wie energieeffiziente Motoren oder Bearbeitungsspindeln, bindend vorgeschrieben. Unterschiedliche Verbundprojekte wie das e-Sim-Pro oder Energie-MSP zum Thema „Effiziente Produktion“ helfen beim Beurteilen der Komponenten.

Auch in der Werkzeugmaschinenbranche wird Energieeffizienz zunehmend zum Marketingargument. Doch in der Praxis besteht dabei bis heute das Problem, dass der zu erwartende Energieverbrauch von den Herstellern nicht quantifiziert werden kann. Die Folge sind häufig anzutreffende Überdimensionierungen oder energetisch ungünstig gesteuerte oder betriebene Komponenten. Um eine Beurteilung der Gesamtwirtschaftlichkeit von Werkzeugmaschinen zu ermöglichen, wurde das Verbundprojekt „e-Sim-Pro“ im Rahmen der Innovationsplattform „Effizienzfabrik“ initiiert – eine gemeinsame Initiative von Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF und VDMA. Dabei sollen exemplarisch energieoptimierte Maschinen- und Komponentenkonzepte entwickelt werden.

Wie die dabei gewonnenen Erkenntnisse in die praktische Produktentwicklung einfließen, erläutert Christian Eisele, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen (PTW) der TU Darmstadt: „Im Verbundprojekt e-Sim-Pro wurde eine Methodik entwickelt, die es ermöglicht, den Energiebedarf verschiedener Baugruppen einer Werkzeugmaschine mit Hilfe von Simulationsmodellen zu berechnen. Dadurch kann der Maschinenhersteller bereits im Entwicklungsprozess der Maschine verschiedene konstruktive Lösungen hinsichtlich des zu erwartenden Energieverbrauchs bewerten und somit sicherstellen, sowohl eine kosten- als auch eine energetisch optimierte Maschine am Markt anbieten zu können.“
Bis heute, so Eisele, „fehlen objektive, standardisierte Vergleichsmöglichkeiten für den Energiebedarf spanender Werkzeugmaschinen“. Die im Projekt entwickelte Simulationssoftware ermögliche es, die zu erwartende elektrische Leistungsaufnahme der einzelnen Maschinenkomponente zu quantifizieren. Mit Hilfe des Nutzungsprofils der Werkzeugmaschine könne somit der Energieverbrauch einer spezifischen Bearbeitungsaufgabe in den verschiedenen Maschinenzuständen berechnet werden. Damit habe der Maschinenhersteller die Möglichkeit, Maschinen auch energetisch optimal auf den Bearbeitungsfall abzustimmen und somit Überdimensionierungen von Komponenten zu vermeiden.
Eisele: „Die e-Sim-Pro-Software macht die zu erwartenden Energieeinsparungen quantifizierbar und auch die Wirtschaftlichkeit klar nachvollziehbar.“ Zudem werde der Hersteller damit in die Lage versetzt, eventuell entstehende Mehrkosten für Energieeffizienz-Lösungen dem monetären Nutzen gegenüberzustellen und dies seinen Kunden zu kommunizieren. Durch die Beteiligung der VW AG am Projekt ist sichergestellt, dass auch die Anforderungen aus der Automobilindustrie adäquat berücksichtigt werden.
Wie wichtig das Thema Effizienz und der Einfluss der Komponenten für die Branche ist, zeigt ein weiteres Verbundprojekt im Rahmen der Innovationsplattform Effizienzfabrik: „Energie MSP – Effiziente Motorspindel für Werkzeugmaschinen“. Ausgangspunkt des Projekts ist die Annahme, dass „eine durchschnittliche Dreh-, Fräs- oder Schleifmaschine jährlich indirekt so viel CO2 emittiert wie zehn PKW“. Für diesen signifikanten Verbrauch sind nicht nur die Hauptspindel als Kernkomponente von Werkzeugmaschinen, sondern auch deren Peripherieaggregate wie Kühlung, Schmierung und Hydraulik verantwortlich. Der Energieaufwand bei der Maschinenbenutzung hänge dabei stark vom Aufbau des Spindelmotors und der Konzeption der Stromspeisung der Antriebe ab. Wie groß der Anteil dieses Systems am Gesamtenergieverbrauch einer Werkzeugmaschine ist, lässt sich nach Einschätzung des Verbundprojektkoordinators Johannes Gelbke, Entwicklungsleiter der Franz Kessler GmbH, Bad Buchau, „so pauschal nicht beantworten“. Der Anteil der Motorspindel am Energieverbrauch der Gesamtmaschine sei abhängig von der Größe der Werkzeugmaschine selbst sowie vom zugrunde liegenden Bearbeitungsprozess. In einem Fallbeispiel wurde ein Anteil von 47 % am Gesamtenergieverbrauch einer Werkzeugmaschine ermittelt.
Nun behandelt das Projekt „Energie MSP“ nur die Hauptspindel und die Peripherieaggregate und „hiervon eine Aussage über die gesamte Werkzeugmaschine herzuleiten ist schwierig“. Gleichwohl sei eine angepeilte Energieeinsparung von 25 % realistisch. Dabei weist Verbundprojektkoordinator Johannes Gelbke jedoch darauf hin, dass der Energieverbrauch des Gesamtsystems Werkzeugmaschine in parallelen Projekten untersucht wird: „Deshalb ist davon auszugehen, dass die Einsparung der CO2-Emission der gesamten Werkzeugmaschine höher sein wird.“
Walter Frick, Fachjournalist, Weikersheim

Effiziente Produktion

NRW-Gemeinschaftsstand:

Unter dem Motto „Effiziente Produktion – Kompetenz aus NRW“ präsentiert Nordrhein-Westfalen seine Kompetenz auf dem Gebiet der effizienten Produktion mit einem NRW-Gemeinschaftsstand auf der Metav 2012 in Halle 16, Stand B14. Gezeigt werden verschiedene Facetten effizienter Produktion in den Bereichen Oberflächentechnik, Produktionstechnik, Energie- und Materialeffizienz sowie Automotive. Der Messestand wird von den Clustern Produktion NRW (ein Gemeinschaftsprojekt des VDMA und des Landes Nordrhein-Westfalen), Autocluster NRW, Nano-Mikro+Werkstoffe NRW, Energie Forschung NRW, Energie Region NRW, der Energieagentur NRW und der Effizienzagentur NRW gemeinsam mit dem Landesministerium für Wirtschaft, Energie, Bauen, Wohnen und Verkehr organisiert. Am 29. Februar findet um 14 Uhr im Congress Center Düsseldorf eine Fachtagung zum Thema „Produktionstechnik als Schlüssel für Elektromobilität“. Der VDMA stellt hier auch seine themenrelevanten Initiativen und Forschungsplattformen vor. wm
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