Bis zu 48 Prozent Energie einsparen

J.G. Weisser Söhne aus St. Georgen, ein technologisch weltweit führender Hersteller von Präzisionsdrehmaschinen und multifunktionalen Fertigungssystemen, zeigt, wie selbst bei modernen Anlagen noch bis zu 48 % Energie eingespart werden kann.

Die von der EU festgelegte Eco-Design-Richtlinie hat zum Ziel, eine Ressourcen schonende und insbesondere energieeffiziente Produktgestaltung weitgehend umzusetzen. Carl Martin Welcker, ehemals Vorsitzender des VDW, spezifizierte dies für seine Branche wie folgt: „Der Klimawandel, die wachsende Notwendigkeit sparsam mit knappen Ressourcen umzugehen und nicht zuletzt der Energiepreisanstieg stellen die Industrieproduktion vor große Herausforderungen.“ Aus diesem Zitat leitet das Unternehmen Weisser in St. Georgen eine Selbstverpflichtung ab: Alles zu tun, um weit über den gängigen Standard hinaus, energieeffiziente Fertigungsverfahren bereitzustellen.

Kein Optimierungspotenzial ausgeschlossen

Mit dem zukunftsweisenden Projekt ‚greenplus’ zeigt Weisser, dass sich selbst beim bereits optimierten Fertigungssystem Univertor AC noch bis zu 48 % Energie-Einsparpotenziale aktivieren lassen. „Geringe Stückkosten sind der wesentliche Wettbewerbsfaktor für unsere Kunden. Es gilt daher, alle Register zu ziehen, um dieses Ziel zu erreichen“, so Thorsten Rettich, Konstruktionsleiter bei Weisser. Das Schwarzwälder Unternehmen sieht für sich und seine Kunden den Lösungsansatz zu geringstmöglichen Stückkosten in Fertigungsprozessen − und damit zu einem messbaren Wettbewerbsvorteil − durch drei wesentliche Faktoren bestimmt: Energie, Nachhaltigkeit und Effizienz.

Sparen Schritt für Schritt

Für die Maschinenbaureihe Univertor AC hat das Unternehmen deshalb ein ,grünes' Konzept erarbeitet und in die Praxis umgesetzt, das diese drei Aspekte − als Zukunftsprojekt mit realem Hintergrund − optimiert. Prinzipiell wurde kein Optimierungspotenzial dabei ausgeschlossen, auch wenn es zunächst fast vernachlässigbar erschien. Auch nicht unmittelbar zur Energieeinsparung führende Maßnahmen − wie leichtere Bedienbarkeit und Kaizen-Aspekte − wurden verwirklicht, um das Gesamtziel ,Stückkostenminimierung' zu erreichen. Für eine bessere Transparenz innerhalb des Projekts wurden einzelne Funktionsgruppen definiert: Drive, Hydro + Air, Cooling, Ergonomic, Light sowie das patentierte Rotationsdrehen.

Im Bereich Drive wurde dazu auf eine optimal angepasste Motorauslegung bezüglich bewegter Masse und Beschleunigung sowie im Wirkungsgrad optimierte Antriebskomponenten gesetzt. Ergebnis: Reduzierung der Anschlussleistung und geringere Leistungsaufnahme. Im Bereich Hydro + Air setzten die Entwickler Kompakthydraulik mit Speicherladeschaltung sowie Sitzventile ein. Ergebnis: Geringere Leistungsaufnahme, Reduzierung der Wärmeverluste, bessere Laufeigenschaften mit höherem Wirkungsgrad des Öls und einfachere Wartung. Für das Cooling, setzten die Entwickler auf die System-Klimatisierung des Schaltschranks und der Spindel mit Energiespar-Kühlgeräten von Rittal. Ergebnis: Weniger Energieaufnahme bei gleicher Kühlleistung.

Verbesserte Ergonomie

Im Bereich Ergonomic wurde an der Verwirklichung von Kaizen-Aspekten, Verbesserung der Zugänglichkeit und Zentralisierung der Bedien- und Wartungselemente gearbeitet. Ergebnis hier: Sehr gute Zugänglichkeit zum Prozess, leichte Wartung für Pneumatik und Hydraulik, hohe Übersichtlichkeit und eindeutige Bedienung, auch unter Berücksichtigung von TCO-Aspekten. Im Bereich Light wurde LED-Beleuchtung eingesetzt. Ergebnis: Reduzierung der Leistung, längere Lebensdauer, geringerer Wartungsaufwand. Und zudem sorgte eine Spezialität des Hauses − das Rotationsdrehen − für weitere Einsparpotenziale. In der Kombination aller sechs Bereiche lassen sich − abhängig von der Betriebsart − insgesamt bis zu 48 Prozent Primärenergie einsparen. Dieser Wert entspricht dem Bereitschaftsmodus, bei dem die Antriebe mit einer Reaktionszeit beim Neustart von 0,3 Sekunden weggeschaltet sind. Die Aktivierung des Bereitschaftsmodus erweist sich bereits ab einer Stillstandszeit von 2 Minuten als sinnvoll.

Selbst im Bearbeitungszyklus liegt das Einsparungspotenzial in Verbindung mit der Hart-Bearbeitung ,Rotationsdrehen‘ bei bemerkenswerten rund 21 Prozent oder ­3.900 kWh pro Jahr und Maschine. Um Oberflächen für höchste Ansprüche herzustellen, kommt die Rotationsdreh-Technologie zur Anwendung, ein von Weisser patentiertes Fertigungsverfahren für Längs-, Plan- und Innendrehen.

Kostensparendes Rotationsdrehen

Dabei dreht sich auch die Werkzeugschneide, die sich auf einer Bahnkurve (Rotationsbewegung) relativ zum schnell drehenden Werkstück bewegt. Mit diesem Fertigungsverfahren lassen sich drallfreie zylindrische, aber auch ‚ballige'Oberflächen an den Werkstücken herstellen. Hauptvorteil des beim Hartdrehen zum Einsatz kommenden Rotationsdrehens ist, dass es in vergleichbarer Oberflächengüte beispielsweise den Arbeitsgang Schleifen vollständig substituiert. Dieses Verfahren spart damit nicht nur Zeit und Kosten, sondern ist zudem auch umweltfreundlich. Das Rotationsdrehen arbeitet ohne Kühlmittel und verhindert somit die Entstehung von Sonderabfällen. Die ,sauberen', also nicht durch Kühlschmierstoff verunreinigten Späne können direkt dem Altmetallrecycling zugeführt werden. Basierend auf hausinternen Messungen und Untersuchungen lassen sich durch das Rotationsdrehen gegenüber herkömmlichen Hartbearbeitungsverfahren bis zu 77 % Bearbeitungszeit einsparen und damit die Stückkosten gravierend senken.

Rittal steuert Cool Efficiency bei

Der Bereich Cooling kann zur Energieeinsparung beim ,greenplus'-Projekt bis zu 465 kWh pro Jahr und Maschine beitragen, wenn das optimale Kühlgerät dafür gewählt wird. Für die Kühlung der Steuerung im maschinenintegrierten Schaltschrank werden deshalb, abhängig von der Anwendung, ein oder mehrere energieeffiziente Kühlgeräte der neuen Baureihe Cool Efficiency von Rittal eingesetzt. Für die Prozesskühlung, hier der Spindel, kommt zusätzlich ein Rückkühler des Klimaspezialisten zum Einsatz. Dabei zeichnen sich die Cool Efficiency-Kühlgeräte durch einen sehr geringen Energieverbrauch aus. Feldversuche bei den namhaften Automobilherstellern zeigen − unter identischen Voraussetzungen − für diese Geräteversion eine Energieersparnis bis zu 45 %. Vergleichsbasis waren dabei Rittal-Kühlgeräte konventioneller Bauart. Diese hohen Energieeinsparungen ergeben sich aus der Summe und dem idealen Zusammenspiel neuester Kältekompressor- und Lüftertechnologien sowie der optimierten Anordnung der Wärmetauscher-Komponenten und Kältemittelfüllmengen. So werden etwa die Kältekompressoren neuester Entwicklung spezifisch auf den Betriebspunkt (Kühlleistung, Innen- und Außentemperatur) eingestellt. Die eingesetzten EC-Ventilatoren mit integrierter Kommutierungselektronik bieten einen besonders hohen Wirkungsgrad im gesamten Drehzahlbereich, optimales Geräuschverhalten und lange Lebensdauer. In Verbindung mit ihrer hohen Energieeffizienz überzeugen sie durch höchste Wirtschaftlichkeit. Ideale Luft- und Flüssigkeitskreisläufe wurden erreicht, indem Verflüssiger, Verdampfer, Kühllamellen, Wärmetauscherflächen, Rohrbögen und die gesamte Geometrie optimiert wurden. Zudem setzt Rittal auf Steuerungsbauteile neuester Bauart und Technologie, wie etwa elektronische ­Expansionsventile. Ideale Kältemittelmengen und Regelelek­tronik wurden auf die kältetechnischen Anforderungen des jeweiligen Gerätes und der Anwendung optimiert.

Multipliziertes Einsparungspotenzial

Darüber hinaus verfügt die Neuentwicklung von Rittal serienmäßig über eine integrierte elektrische Kondensatverdunstung und einen nanobeschichteten Verflüssiger. Dessen Oberfläche ist mit einer glasartig harten und besonders glatten Beschichtung (RiNano) veredelt, die Staub- und Schmutzpartikeln keinen Halt bieten. Versuche unter schwierigsten Umgebungsbedingungen in Fertigungs- und Produktionshallen haben bewiesen, dass selbst ohne Filtermatten der Verflüssiger sauber bleibt.

Dies gewährleistet einen konstant hohen Wirkungsgrad und minimale Wartungskosten. Auf Grund dieser guten Erfahrungen gehen Cool Efficiency-Kühlgeräte bei Rittal nun Zug um Zug in Serie und sollen bis Sommer 2010 in allen bisherigen Leistungsklassen verfügbar sein. Typischerweise werden bei den Kunden von Weisser nicht nur eine, sondern pro Werk 200 oder mehr Maschinen eingesetzt. Mit greenplus entspricht dies Einsparungspotenzialen − unter den oben beschriebenen Verhältnissen − von 86.000 Euro pro Jahr, zu denen Cool Efficiency Kühlgeräte mehr als 10.000 Euro beitragen.

Die erste Vorstellung des greenplus-Projektes erfolgte beim Böblinger Innovationsforum, die erste Maschinenpräsentation fand auf der EMO 2009 in Mailand statt − mit einem großen Erfolg. Kunden, die bereits ­Maschinenaufträge bei Weisser platziert hatten, fragten spontan nach, welche dieser Effizienzsteigerungsmaßnahmen sich im laufenden Projekt noch verwirklichen lassen. Die Antwort von Weisser: „Der Realisierungsgrad ist entscheidend auch von den Vorstellungen abhängig, die der Kunde bezüglich der Amortisierungszeit dieser Maßnahmen hat. Dies auch vor dem Hintergrund, dass vor allem bei ,nicht rund um die Uhr' laufender Fertigung, dem Bereitschaftsmodus besonders große Bedeutung zukommt.“

Sowohl Rittal als auch Weisser ­arbeiten konsequent daran, durch ihre Produkte und umfassenden Dienstleistungen Lösungen zu entwickeln und bereitzustellen, welche für die Kunden messbare Wettbewerbsvor-teile mit sich bringen.

Konstruktionsleiter Thorsten Rettich, der bereits in der sechsten Generation das Unternehmen repräsentiert, lobte die Zusammenarbeit mit Rittal, die stets auf Augenhöhe erfolgte: „Wir wurden auch bei unbequemen oder das gewohnte Terrain verlassenden Fragen ernst genommen und fanden immer offene Ohren und qualifizierte Ansprechpartner − wenn erforderlich auch vor Ort bei uns. Auf die Gespräche folgten prompte Antworten.“ W

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