Das Magazin der Friedhelm Loh Group

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Wie Bosch Rexroth Ressourcen schont
Praxis – Anlagenbau

Energie sparen bei Werkzeugmaschinen

Blue e+ Chiller. Über 15 Prozent des Energiebedarfs entfallen bei Werkzeugmaschinen auf die Kühlung. Wie Chiller der Serie Blue e+ von Rittal diesen Energieverbrauch effizient drosseln, demonstriert die Testinstallation in einer CNC-Drehmaschine bei Bosch Rexroth in Elchingen.

Text Ruth Lemmer ––– Fotografie

Kleiner Handgriff, große GoGreen-Wirkung: Ingenieurswissenschaftler der Technischen Universität Darmstadt packen ihr Messequipment in der Werkshalle aus. Sie montieren manuell die Strommessgeräte an vier CNC-Maschinen des Bosch-Rexroth-Produktionsparks in Elchingen. Die Geräte zeigen sehr schlicht, wie viel Strom verbraucht wird, wenn die Maschinen gekühlt werden, damit sie rund laufen. Der Rest ist Fernarbeit: Die Daten zum Stromdurchfluss werden an die Technische Universität gesendet. Dort sitzen die Wissenschaftler gespannt vor ihren Computern und werten die Messung aus.

Bosch Rexroth hat am Firmensitz in Lohr am Main die interne Energie-Management-Beratung GoGreen ins Leben gerufen. Denn der Konzern, der mehr als 30.500 Mitarbeiter weltweit beschäftigt, will energieeffizient arbeiten. GoGreen hat mit ­Rexroth 4EE (Rexroth for Energy Efficiency) eine universelle Systematik entwickelt, mit dem alle Konzernunternehmen den CO2-Ausstoß reduzieren können.

Die Beratung beteiligt sich auch an Forschungsprojekten wie dem Projekt ETA-Transfer (Energietechnologien und Anwendungen in der Produktion) an der TU Darmstadt, das vom dortigen Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen (PTW) geleitet wird. Hier wurde die Energieeffizienz von Werkzeugmaschinen in der Fertigung untersucht: „Ziel solcher Projekte ist es, Lösungen zur Erhöhung der Energieeffizienz zu finden, die sich in der Praxis auch umsetzen lassen“, sagt Leo Pototzky, Projektleiter GoGreen bei Bosch Rexroth.

Im Werk Elchingen produziert Bosch Rexroth Hydraulikpumpen für mobile Arbeitsmaschinen. Diese bringen zum Beispiel Baumaschinen, Landmaschinen oder Gabelstapler in Bewegung. Verschiedene Komponenten für die Axialkolbenpumpen werden auf einer CNC-Drehmaschine vom Typ DMG GMX 250 gefertigt. „Im Rahmen des Transferprojekts haben wir im November 2017 eine der CNC-Drehmaschinen mit einem neuen Blue e+ Chiller von Rittal nachgerüstet“, erzählt Pototzky. Die Maschine hat eine Gesamtanschlussleistung von 75 Kilovoltampere und arbeitet im Dreischichtbetrieb an bis zu sechs Tagen in der Woche.

50

Prozent weniger elektrische Energie verbraucht der Blue e+Chiller

 


 

7.000

kWh Einsparung schafft Bosch Rexroth mit den Kühlgeräten

Energieeffizienz überzeugt

Äußerlich ändert sich nichts. Der Maschinenbediener arbeitet wie gewohnt. Er geht in der Halle von Drehmaschine zu Drehmaschine und kontrolliert auf dem Display, ob die Späne des Metallstücks in der Riesenbohrmaschine auf den Millimeter genau abgemeißelt werden.

Denn die Neuheiten stecken nach der Umrüstung der CNC-Drehmaschine tief drinnen: Blue e+ Chiller speist dort das Kühlmedium ein, das die Spindeln, die die Wärme aus der Antriebstechnik abführen, durchströmt. Im Chiller erzeugt der über einen Inverter geregelte DC-Kompressor die notwendige Kälteleistung. Um den Schaltschrank der Werkzeugmaschine ebenfalls effizient zu klimatisieren, wurde das vorhandene Kompressorkühlgerät durch ein Gerät ebenfalls aus der Serie Blue e+ ersetzt.

Die Wissenschaftler des PTW Darmstadt haben den Energieverbrauch sowohl vor als auch nach der Umrüstung gemessen und exakt dokumentiert. Unterschieden wurden zwei Betriebszustände der Maschinen: Working und Operational, also während Bauteile gespant und während Werkzeuge oder Bauteile gewechselt werden. Um eine detaillierte Analyse durchführen zu können, wurde der Verbrauch aller Aggregate in der Maschine separat und jeweils über einen Zeitraum von einer Woche gemessen. Der wesentliche Unterschied beim Energieverbrauch zwischen den beiden Maschinenzuständen ist die Leistungsaufnahme des Antriebsstrangs sowie der Anlage für die Einspeisung der Kühlschmiermittel.

  • Flexible Leistungsklassen

    Das entscheidende Maß für die Energieeffizienz bei der Kälteerzeugung ist die Energy Efficiency Ratio (EER). Sie beziffert das Verhältnis von Kühlleistung zu eingesetzter elektrischer Leistung. Je höher der EER, desto besser. Herkömmliche Chiller mit Heißgas-Bypass-Regelung weisen eine EER von 1 auf. Rittal schafft mit den neuen Blue e+ Chillern eine EER von bis zu 4. Den Kern dieser Effizienzoptimierung bildet ein drehzahlgeregelter Kompressor, der stets genau so viel Kälteleistung bereitstellt, wie aktuell benötigt wird. Rittal setzt für den Antrieb der Kompressoren auf exakt geregelte DC-Synchronmotoren. Dadurch laufen die Blue e+ Chiller mit der optimalen Drehzahl und sparen im Vergleich zu Chillern mit Heißgas-Bypass-Regelung bis zu 70 Prozent Energie. Eine weitere technische Innovation ist die Microchannel-Technologie in den Wärmeüberträgern, womit die Kältemittelmenge um bis zu 55 Prozent reduziert wird, was die Umwelt entlastet. 

    Die Chiller-Serie Blue e+ besteht aus drei Geräten mit Kälteleistungen von 2,5, 4 und 5,5  Kilowatt. Sie bieten ein Plus an Sicherheit durch einen integrierten Strömungssensor im Kühlmediumkreislauf und eine Füllstandsüberwachung. Zusätzlich wurde ein Überströmventil im Mediumkreislauf verbaut, das automatisch öffnet, sobald der Kühlmediumkreislauf an der Verbrauchsstelle  geschlossen wird. Eine Filtermattenüberwachung informiert den Anwender rechtzeitig, wenn die Filtermatte ausgetauscht werden muss. Die Geräte lassen sich weltweit bei allen gebräuchlichen Netzfrequenzen und Netzspannungen einsetzen – und sehr einfach bedienen. Das Steuerungspanel mit Touchdisplay stellt alle Meldungen in Klartext dar – in 21 Sprachen. Mit der Blue e+ App werden Informationen drahtlos übertragen. Auch die Parametrier- und Diagnosesoftware ­RiDiag III kann mit der neuen Serie verwendet werden. Die Anbindung erfolgt über USB oder über verschiedene Netzwerkprotokolle mit dem IoT-Interface. 

     

Das Ergebnis überzeugt: Der neue Blue e+ Chiller verbraucht gut 50 Prozent weniger elektrische Energie als der alte Rückkühler. Beim Schaltschrankkühlgerät beträgt die Einsparung sogar mehr als 80 Prozent. „Wenn man die Zahlen auf ein Jahr hochrechnet, kommt man je nach Auslastung der CNC-Maschine auf eine Einsparung bis zu 7.000 kWh“ kalkuliert Pototzky. „Das Beispiel zeigt uns, wie groß die Potenziale in vielen Bereichen noch sind.“

Ein weiterer positiver Effekt:  Die Temperaturgenauigkeit des Kühlmittelvorlaufs, die beim alten Rückkühler mehr als zwei Grad Celsius betrug, ist bei dem neuen Blue e+ Chiller im Beharrungszustand auf +/–0,1 K optimiert worden. Bei der Herstellung von Präzisionsdrehteilen kann sich das positiv auf die Qualität auswirken.

Seit 2011 hat GoGreen für den Konzern hunderte energiesparende Maßnahmen umgesetzt. Die Einsparungen werden in den verschiedensten Bereichen realisiert. Die energieeffizienten Chiller und Kompressorkühlgeräte der Serie Blue e+ leisten im Werk Elchingen bereits ihren Beitrag dazu. GoGreen erobert eben nicht nur Paketdienste, Gastronomie und Filmproduktion, sondern ganz massiv auch den ­Maschinenbau.

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