Steigenden Energiekosten erhöhen den Druck die Energieeffizienz von Werkzeugmaschinen zu verbessern. Die oft konservative Auslegung von beispielsweise Kühlaggregaten führt zu einem unnötig hohen Verbrauch unter Teillast. Die resultiert aus dem Ziel die Maschine thermisch stabil zu halten. Dabei entsteht ein Zielkonflikt zwischen dem Energiebedarf und der Bearbeitungsqualität. Hier führen wir einen normbasierten Ansatz ein, mit dem der Energiebedarf während verschiedener Maschinenzustände analysiert und optimiert werden kann.
Was wird benötigt:
(Werkzeug-)maschine
Schaltplan der (Werkzeug-)maschine
Mehrere Energiemessgeräte für Netzspannung (230 V) und Frequenz (50 Hz)
Optional Energiemessgeräte für variable Spannung und Frequenz
G-Code des Referenzprozesses
Wie messe ich den Ausgangszustand
Als erstes muss dafür der Schaltplan der Maschine gesichtet werden. In diesem muss immer der Hauptanschluss gefunden werden. Die Messung von einzig dem Hauptanschluss stellt die simpelste Version der Messung des Ausgangszustands dar. Soll der Energieverbrauch von interessanten Verbrauchern innerhalb der Maschine gemessen werden, so müssen diese im Schaltplan gefunden und die entsprechende Messtechnik eingebaut werden. In unserem Fallbeispiel wird zusätzlich zum Hauptanschluss der Maschine auch das Kühlaggregat gemessen.
Die eigentliche Messung lehnt sich an die ISO 14955 an. In dieser werden die typischen Zustände einer Werkzeugmaschine OFF (Maschine ausgeschaltet), STANDBY, SETUP/WARMUP (Rüstbetrieb), READY (Maschine fertig gerüstet), PROCESSING, EMERGENCY STOP. Die elektrische Leistung wird während der Zustände gemessen und gemittelt. Mit den in der Norm vorgeschlagenen Zeitanteilen oder eigenen Referenzwerten kann dann der gesamte Energiebedarf der Maschine während eines Jahres berechnet werden.
Für ein möglichst aussagekräftiges Ergebnis in Bezug auf die Bearbeitungsqualität zu erhalten, muss ein eigener Referenzprozess mit bekannt Genauigkeit oder ein standardisiertes Bauteil gefertigt werden. Um die erreichte Bearbeitungsqualität zu evaluieren wird in unserem Beispiel das Bauteil nach VDI 5211 während des Zustandes Processing mit der Werkzeugmaschine gefertigt. Anschließend wird die Bearbeitungsqualität der verschiedenen Elemente auf einer Koordinatenmessmaschine gemessen.
Auswertung
In unserem Beispiel wurde zuerst der Energieverbrauch des Kühlaggregats im Ausgangszustand der Maschine gemessen. Anschließend wurde der Kühlmitteldruchfluss der Förderpumpe über einen nachgerüsteten Frequenzumrichter in den unproduktiven Zuständen auf 10 % verringert. Im Zustand PROCESSING ist der Volumenstrom in zwei Messungen auf 75 % und 50 % verringert worden. Anschließend wurde die erreichte Bearbeitungsqualität gemessen. Es kann gesagt werden, dass sich die Bearbeitungsqualität bei allen Fördervolumen nahezu gleich verhält. Damit kann Energieeingespart werden ohne die Bearbeitungsqualität zu beeinträchtigen.
