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Umweltschutz, CO2-Bilanz und Energieeffizienz sind Top-Themen, mit denen sich auch die Industrie intensiv beschäftigt. Bei Knoll Maschinenbau in Bad Saulgau genießen sie in vielfältiger Weise hohe Priorität: im Bürogebäude, der Produktion, aber auch bei den angebotenen Produkten, Lösungen und Dienstleistungen. Als Anbieter von Pumpen, Filtern und kompletten Kühlschmierstoff (KSS)-Systemen propagiert das Unternehmen zum Beispiel den Einsatz von frequenzgeregelten Hochdruckpumpen zur KSS-Versorgung an Werkzeugmaschinen – nicht nur in der Erstausstattung, sondern auch als Nachrüstung. Um die damit erzielbaren Energieeinsparungen bei laufendem Betrieb zu ermitteln, entwickelte Knoll schon vor rund fünfzehn Jahren den sogenannten E-Pass. Diese Messdienstleistung und die damit verbundene Umrüstung nutzen inzwischen zahlreiche metallbearbeitende Betriebe.
Ein Knoll-Kunde und -Partner in Sachen E-Pass und Energieeffizienz bei KSS-Anlagen ist Bosch Power Solutions (PS) am Standort Homburg. Zu dieser Niederlassung gehört seit 2008 eine eigene Abteilung, die sich mit dem Thema Energiemanagement beschäftigt. Ein Projektteam identifizierte damals zunächst im eigenen Werk verschiedene Energieeinsparpotenziale. Energiemanager Bernhard Kohl ist seit Anfang an dabei. Er erklärt: „Unser Standort Homburg ist ein Produktionswerk, wo wir Komponenten für Diesel- und inzwischen auch Wasserstofftechnologie herstellen. Unsere ersten Energieeffizienz-Projekte betrafen die mechanische Fertigung mit definierter und undefinierter Schneide, wo wir Einsparpotenziale bei den Waschprozessen, der Versorgung mit Druckluft, Hydraulik und dem Kühlschmierstoff erkannten.“ 2014 entstand dann die Idee, das gewachsene Know-how auch anderen Bosch-Standorten und dem externen Markt anzubieten. „Diese Idee haben wir zusammen mit dem Bosch-Geschäftsbereich Bosch Energy and Building Solutions umgesetzt, der bei allen Projekten als Integrator und Generalunternehmer fungiert“, sagt Michael Blon, Koordinator der Energy-Services & Energy-Platform bei Bosch Power Solutions. Für entsprechende Aufträge bildete die Energiemanagement-Abteilung ein externes Team, das inzwischen weltweit tätig ist und neben Bosch-Werken auch für Kunden aus der Automobilbranche und anderen Industriesegmenten arbeitet. Ein großes Projekt tat sich 2021 im Motorenwerk eines deutschen Automobilherstellers auf, wo unter anderem Kurbelwellen und Zylinderköpfe produziert werden.
Michael Blon erklärt: „In den meisten Fällen starten wir mit einer umfassenden Analyse. Unsere Experten sehen sich zunächst die verschiedenen Bereiche des jeweiligen Werks an und identifizieren Möglichkeiten zur Energieeinsparung. So auch in diesem Fall, wo wir ein großes Potenzial in der Zerspanung erkannten. Dort wurden 49 Excello-Bearbeitungszentren mit ungeregelter KSS-Hochdruckversorgung eingesetzt. Die Umrüstung auf bedarfsgerechte Bereitstellung des KSS durch frequenzgesteuerte Hochdruckpumpen eröffnete hohe Einsparmöglichkeiten.“ Thomas Wissel, für das Bosch-Werk in Homburg zuständiger Außendienstmitarbeiter bei Knoll, erklärt: „Wir haben mit dem Knoll E-Pass ein besonderes Messsystem für die Effizienzanalyse von Hochdruckpumpen im Portfolio. Damit können wir in weniger als einer Stunde die Einsparmöglichkeiten bei laufendem Betrieb ermitteln. Abhängig vom Ergebnis übernehmen wir anschließend gerne den Umbau.“
Messsystem für die Analyse von Hochdruckpumpen
Nachdem Blon und seine Energiemanagement-Kollegen die Verantwortlichen im Motorenwerk von den zu erwartenden Einsparmöglichkeiten an den Excello-Maschinen in Kenntnis gesetzt hatten, stimmten diese nach einer ersten Kostenkalkulation der E-Pass-Messung und dem Umrüsten einer Pilotmaschine zu. Da die 49 Bearbeitungszentren in mehreren Fertigungslinien verschiedene Aufgaben übernehmen, wählten sie gemeinsam eine Referenzmaschine aus, deren Bearbeitungsoperation repräsentative Messergebnisse versprach.
In besagtem Motorenwerk ist es so, dass jede der ExCello-Maschinen eine Operation mit unterschiedlichen Bearbeitungen (Fräsen, Bohren, Gewinden, etc.) übernimmt. Diese erfordern je nach Werkzeug eine KSS-Versorgung in verschiedenen Druckstufen bis maximal 64 bar. Die E-Pass-Messung an der Pilot-Maschine ergab ein Einsparpotenzial von rund 50 % der Energie, was sich nach deren Umbau bestätigte. So kam es zum Folgevertrag, der ein Umrüsten der restlichen 48 Bearbeitungszentren beinhaltet.
In dieser Ausrollphase übernahm Andreas Martin, Mitglied des externen Bosch Energieteams, die Projektleitung. Er schildert: „In Abstimmung mit unserem Kunden nahmen wir in der Folgezeit jeweils zwei Maschinen aus dem laufenden Betrieb, die wir gemeinsam mit Knoll-Mitarbeitern umrüsteten. Jedes Team hatte dabei eigene Arbeitspakete, die nacheinander an den Anlagen rollierend durchgeführt wurden. Pro Maschine benötigten wir dafür etwa fünf Stunden.“ Da alle Excello-Maschinen über eine Zentralanlage mit KSS versorgt werden, betrafen die Arbeiten nur die Frequenzregelung der Hochdruckpumpe, einer Knoll KTS-Schraubenspindelpumpe. Diese selbstansaugende Verdrängerpumpe zeichnet sich durch geringe Pulsation, hohen Wirkungsgrad und lange Lebensdauer aus. Die dazu gehörende Frequenzregelung wird bei Knoll PQ-Tronic genannt, da sie für variablen Druck (P) und Durchfluss (Q) bei optimaler Drehzahleinstellung sorgt.
Maschine für Maschine wurde mit den Knoll-Produkten ausgestattet. Ein Vorher-Nachher-Messung stellte die tatsächliche Energieeinsparung über die Prozessschritte hinweg fest. Sie lag je nach Maschine und Bearbeitungsprozess zwischen 34 und 69 %. „Die Unterschiede sind abhängig von den Bearbeitungen und den eingesetzten Werkzeugen“, erklärt Bernhard Kohl. „Tiefloch- oder Sacklochbohrungen erfordern einen hohen Druck, um die Späne zu entfernen und die Schmierung aufrecht zu erhalten, da ist das Einsparpotenzial eher gering. Anders bei kleinen Werkzeugen oder Gewindebohrungen. Hier sind geringere Drehzahlen und nur wenig KSS-Druck erforderlich, so dass sich viel Energie einsparen lässt.“
Im Mittel spart das Motorenwerk heute über alle 49 Maschinen hinweg 54 % des Energieeinsatzes, was rund 100.000 Euro pro Jahr entspricht. „Die komplette Umbaumaßnahme wird sich in gut drei Jahren amortisiert haben“, so Koordinator Blon.
