09.07.2013

Leibniz Universität Hannover

Je schneller, desto (energie-)effizienter

Das Ergebnis zuerst: Der gemeinsame Prototyp des Forschungsverbundprojekts NCplus, in dem Wissenschaftler des Instituts für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) gemeinsam mit renommierten Unternehmen zusammengearbeitet haben, hat einen um 35 Prozent reduzierten Energiebedarf. Anders als Autos sind Werkzeugmaschinen desto energieeffizienter, je schneller sie laufen. Das Ziel des Projekts, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung in der Initiative „Effizienzfabrik“ gefördert wurde, war es, Werkzeugmaschinen im Betrieb mit gut 30 Prozent Energieersparnis laufen zu lassen. Bei der Abschlussveranstaltung konnte der Werkzeugmaschinenhersteller Deckel Maho Pfronten GmbH als Konsortialführer stolz bekanntgeben, dass dieses Ziel erreicht wurde. Wären alle Werkzeugmaschinen – allein in Deutschland gibt es rund eine Million – in der EU auf diese Weise energieeffizient, ließe sich ein komplettes Ein-Gigawatt-Kraftwerk einsparen.

NCplus (www.ncplus.de) treibt einen Paradigmenwechsel im Maschinenbetrieb voran: hin zu einer prozessbezogenen Betriebsweise einzelner Maschinenkomponenten und Teilsysteme. Beispiel Kühlwasser: Es wird bislang häufig auf eine voreingestellte Temperatur gekühlt. Dafür läuft der Kühlkompressor im Dauerbetrieb. Sobald die Maschine nicht unter Volllast läuft, wird die überschüssige Kühlleistung über einen Heißgas-Bypass zurückgeführt und verpufft. Der Wirkungsgrad dieses Vorgehens ist – vornehm ausgedrückt – mäßig. Das für NCplus neu entwickelte Lüfterkühlsystem schafft allein an dieser Stellschraube Energieeinsparungen von bis zu 70 Prozent.

Am IFW setzten die Ingenieurwissenschaftler auf die bedarfsgerechte Bereitstellung von Kühlmitteln, Schmierstoffen, Antriebsmotoren, auf deren Zusammenspiel und auf die Bereitstellung entsprechender Daten durch einen erweiterten NC-Code. „In manchen produzierenden Unternehmen regiert noch immer das Prinzip „Viel hilft viel““, sagt Dominik Dahlmann, einer der beiden beteiligten Ingenieurwissenschaftler des IFW, „da ist eine Pumpe an sich dann zwar effizient, aber sie läuft die ganze Zeit.“ Aber, darin sind sich Dahlmann und sein Kollege Lars Hülsemeyer einig, auch in solchen Unternehmen wird Energieeffizienz morgen auf der Tagesordnung stehen.

Warum aber ist die effizientere Maschine auch die schnellere? Weil die Hauptspindel der Maschine, also letztlich das Werkzeug, das den eigentlichen spanenden Prozess ausführt, im Durchschnitt nur rund 20 Prozent der Energie verbraucht. Die drei anderen „großen“ Verbraucher sind die Kühlschmierstoffversorgung, das Kühlwasseraggregat und die Schaltschrankkühlung – fast 60 Prozent der mittleren Leistungsaufnahme entfallen auf diese Systeme. Je schneller aber der eigentliche Bearbeitungsprozess läuft, desto kürzer werden diese Nebenaggregate benötigt. Das spart Energie.

Am Produktionstechnischen Zentrum der Leibniz Universität Hannover (PZH), zu dem auch das Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen gehört, wird in vielen verschiedenen Projekten erforscht, wie Verfahren oder Maschinen energieeffizienter gestaltet werden können. Im Magazin pzh2013, das unter dem Motto „Ressource“ steht, sind dieses und weitere Beispiele dazu zu finden: http://www.pzh-hannover.de/pzh-publikationen

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