Energieeffizienz in der spanenden Fertigung

Politik:

EU verpflichtet sich zu 20% CO2 Reduktion

Industrie ist größter Stromverbraucher in Deutschland, dementsprechend groß ist hier das Potential

Unternehmen

Strompreise steigen immer weiter

Stromverbrauch einer Werkzeugmaschine entspricht dem Energieverbrauch von 33 118er BMW mit 12.000km

Stromkosten machen bis zu 21% der jährlichen Betriebskosten einer Werkzeugmaschine aus

Bearbeitungsmaschinen und Kühlschmierung

Intralogistik ( z.B. Werkstücktransport bei Großserien)

Zentrale Halleninfrastruktur

-Beleuchtung

-Drucklufttechnik

-Klimatisierung und Belüftung

Energieeffiziente Werkzeugmaschine

--> nur bei nötiger Neuanschaffung sinnvoll (hohe Invest.Kosten), ggf. Retrofit(Einzelkomponenten erneuern)

Automatisches Abschalten in Produktionspausen

-->Standby Strategien - 12% Einsparung durch abschalten des Hauptschalters während 3.Schicht, 10% bei durch Standby in 3.Schicht

Prozessoptimierung

kürzere Taktzeiten

verringerung KSS Verbrauch

Vermeidung/verringerung von KSS Hochdruck

geringere Schnittkräfte

-->Prozessoptimierung ohne invest. in MAschinen möglich, ggf. Beschaffung neuer Werkzeuge nötig

Bearbeitungsmaschinen, KSS, Reinigung ca. 75%

Transport, Raumlufttechnik, Beleuchtung, Absaugung ca 25%

Energieeffiziente Komponenten und Funktionsmodule verwenden

Bedarfsgerechte Regelung und Steuerung im Prozess

verringerte Leckage in Hydraulik und Pneumatik

z.B. Hoch Effizienz Motoren

Betriebsstunden  2000     4000    8000

Amortisationszeit   2,4       1,2         0,6

Differenz Energie- 142     284        568

kosten

Die Schnittkräfte können deutlich reduziert werden (bis ca. 24%)

da sie jedoch nur einen geringen Anteil an dem Energieverbrauch der Maschine haben ist der Einfluss auf diesen relativ gering (ca. 3-4% je nach Maschine)

Energie für die Bearbeitungsmaschine (Maschinengrundleistung)

Energie für die Bearbeitung (Prozessleistung)

Energie für die Werkzeugherstellung

Energie für die KSS Versorgung

Auswahl des Herstellungsprozesses

( direktes Pressen, Dry Bag-Pressen Schneckenstrangpressen, Kolbenstrangpressen)

direktes Pressen mit geringstem Energiebedarf jedoch nur für kurze Werkz. möglich

Kolbenstrangpressen mit höchstem Energiebedarf jedoch einziges Verfahren für innengekühlte Werkz.

weiterentwicklung des Rohmaterials

Dezentrale KSS Versorgung

Zentrale KSS Versorgung

beigestelltes Aggregat

Spänetransport NICHT über KSS System

keine langen Rohrleitungen nötig

zentrale KSS Anlage die Viele Maschinen versorgt

oft auch Spänetransport aus der Maschine durch KSS

zusätzliche Energieverluste durch lange Rohrleitungen

einfacheres/besseres Handling (Wartung(Filterwechsel,...)/Späneentsorgung..

Ca. 50%

--> KSS-Hochdruck 18%, KSS Niederdruck 13% KSS Rückpumen 13%, KSS Hochdruckfilter 9%

durch Umstieg von Innen- auf Außenkühlschmierung Reduktion des Energieverbrauchs um ca. 29% pro Bohrung

Energieeinsparung durch MMS bei ca 40%, in der Realität jedoch kaum erreichbar, da hier nur ein Bohrprozess untersucht wurde

GM erreichte durch den Einsatz von MMS eine Reduktion  der Energiekosten um 25% bei Getriebegehäusefertigung

Einsparpotenzial von ca. 50% beim Umstieg von KSS außen + 45% Hochdruck auf MMS

Bei zentralen KSS Anlagen ist der Energiebedarf für Kühlschmierung groß im Vergleich zum Energiebedarfdes BEarbeitungsprozesses(egal ob innen oder außen Kühlung)

Für MMS (inkl. Druckluft) ist sehr viel weniger Energie notwendig

Bei der 50% Einsparung wurde der Abtransport der Späne aus der Maschine der beim Einsatz von MMS anfällt  noch nicht berücksichtigt

Werkzeuge zur Hauptzeitreduktion

höhere Schnittgeschwindigkeiten bei guten Standwegen durch spezielle Konstruktion von Führungsphasen

- Schneiden nicht um 180° versetzt

-zusätzliche Führungsphasen

--> Einklemmen wird verhindert

Hauptzeitreduktion führt zu Reduzierung des Energiebedarfs

Werkzeuge zur Nebenzeitreduzierung

Durch Kombinationswerkzeuge-->reduktion der Nebenzeiten ( Werkzeugwechsel und Positionierung)

Auch Hauptzeiteinsparung durch paralleles bearbeiten mehrerer Flächen

im Bsp. 9Arbeitsgänge mit einem Werkzeug

Werkzeuge sind dadurch natürlich teurer und nur für ein Bauteil einsetzbar

Bedachter EInsatz von Innenhochdruckkühlung

oft nicht notwendig. MMS oder Außenkühlung bei einzelversorgen Maschinen energieeffizineter

Ersatz von energieintensiven Rohstoffen für die Werkzeuge

wenig energieintensives Hartmetall im Werkzeug. Besser Stahlschaft mit Bohrkopf aus Hartmetall / Wendeschneidplatten

Vermeidung von nicht produktiven Zeiten

Kombinationswerkzeuge um Werkzeugwechselzeiten zu reduzieren (Hauptzeitenreduktion als "Nebeneffekt")

Verkürzung der Bearbeitungszeit

Durch unterschiedliche Maßnahmen am Werkzeug die die Hauptzeit verkürzen (spezielle Konstruktion von Führungsphasen etc.) oder durch die Verringerung von Nebenzeiten (Kombinationswerkzeuge)

Querschnittstechnologien auch betrachten