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28.01.2010

Energieeffizienz in der praktischen Umsetzung

Energieeffizienz in der Fertigung wird zum Wettbewerbsfaktor. Daher gehört die energieeffiziente Fertigung zu den Zielen mit hoher Priorität in vielen Unternehmen...

Energieeffizienz in der Fertigung wird zum Wettbewerbsfaktor. Daher gehört die energieeffiziente Fertigung zu den Zielen mit hoher Priorität in vielen Unternehmen. Doch wie weit ist die praktische Umsetzung vorangeschritten? Die Beantwortung dieser Frage war das Ziel der Podiumsdiskussion im Rahmen des 14. Industrial Communication Congress in Bad Pyrmont. Norbert Schwabbauer von KEB, Frank Knafla von Phoenix Contact, Reinhardt Mielke von Audi, Peter Klüger von Kuka Roboter, Prof. Matthias Putz vom Fraunhofer IWU und Werner Reichelt von Festo stellten sich den Fragen der Redaktion.

 

_Gibt es Untersuchungen, wieviel der eingesetzten Energie in einer Maschine oder Anlage beim Prozess ankommt?_

Prof. Matthias Putz ist am Fraunhofer Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechni (IWU) in Chemnitz tätig und leitet dort die Hauptabteilung Systemtechnologie/Prototypen

Prof. Matthias Putz ist am Fraunhofer Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechni (IWU) in Chemnitz tätig und leitet dort die Hauptabteilung Systemtechnologie/Prototypen

M. Putz: Auf diese Frage kann man mit einem eindeutigen „Jein“ antworten. Jeder von uns wird sicher Untersuchungen zu diesem Thema kennen oder hat schon mal eine Studienarbeit zu dieser Frage in Auftrag gegeben. Bereits in den 1970er Jahren sollten Untersuchungen klären, ob es besser ist, ein Werkstück zu schleifen, zu fräsen oder zu drehen. Wenn wir ehrlich sind, wissen wir jedoch immer noch relativ wenig. Erst jetzt werden wir durch Produkte, wie sie zum Beispiel Phoenix Contact anbietet, in die Lage versetzt, Energiedaten zu erfassen. Uns fehlen aber immer noch die Datenbanken, in denen die Werte für eine spätere Analyse abgespeichert werden und somit zu einer Optimierung führen. Der Weg zu einer Synthese, die es erlaubt, Modelle im Voraus zu entwickeln und planerisch tätig zu werden, liegt noch in weiter Ferne. Dies klingt vielleicht erstaunlich, ist jedoch leider die Realität.

 

R. Mielke: Wir wissen in der Tat nur selten, wo die Energiefresser zu finden sind. Viele haben Vermutungen. Wer einen Karosseriebau besichtigt, dem wird sofort klar, dass hier viel Energie zum Einsatz kommt. Wie viel das genau ist, müssen wir noch untersuchen. Bemerkenswert ist, dass im Standby-Betrieb immer noch ein Energieverbrauch von ca. 30 % des Werts während der Fertigung entsteht.

 

_Es ist also noch schwierig, eine Zahl zu nennen. Ist denn bekannt, wie hoch der Anteil der Energiekosten an den Gesamtkosten beim Betrieb einer Maschine ist?_

Werner Reichelt leitet bei der Festo AG & Co. KG in Esslingen das Automotive Management international

Werner Reichelt leitet bei der Festo AG & Co. KG in Esslingen das Automotive Management international

W. Reichelt: Im Rahmen von TCO-Betrachtungen bei Werkzeugmaschinen in der Motorenfertigung wurde festgestellt, dass der Energiekostenanteil über die Laufzeit der Maschine nur rund 1 % der Gesamtkosten beträgt. Dies erscheint in diesem Fall recht wenig, dürfte aber imAllgemeinen zwischen 1 % und 10 % liegen.

 

F. Knafla: Es ist schwer, diese Frage pauschal zu beantworten. Es gibt sicher Maschinen, bei denen 25 % der eingesetzten Energie an der Spindel ankommt; bei anderen sind es vielleicht nur 8 %. Daher ist es notwendig, Cluster zu bilden und diese Maschinen-Cluster zu betrachten, um reproduzierbare Ergebnisse zu bekommen. Ansonsten machen wir immer nur Stichproben an einzelnen Maschinen, die wenig aussagekräftig sind.

 

_Müssen wir nicht jetzt damit anfangen, bevor wir uns mit Profilen, wie Profienergy oder Energy ML, beschäftigen? Sollten wir nicht zuerst ermitteln, wie viel Energie die einzelnen Maschinentypen verbrauchen?_

R. Mielke: Dies ist ein wichtiges Thema, das zu der Frage führt: Wie viel Energie benötigt die einzelne Maschine und mit welchem Messgerät kann sie gemessen werden? Häufig sind nur in den Transformatorstationen Energiemessgeräte vorgesehen. Welche Energiekosten ein spezieller Rohbauabschnitt verursacht, können wir jedoch nicht ermitteln, da an dem jeweiligen Transformator zum Beispiel noch die Kantine angeschlossen ist. Die Aufgabe lautet, in der Fertigung eine ausreichende Anzahl Messstellen zu integrieren, um ein Gefühl für die Energieströme zu entwickeln und verbrauchsgerecht abzurechnen. Wir müssen den Energieverbrauch jeder Maschine oder jedem Bereich der Fertigung zuordnen können, um einen Anreiz zum Energiesparen zu schaffen.

 

_Wie ist denn der Zeithorizont bei der Ausstattung der einzelnen Verbraucher mit Messstellen?_

Reinhardt Mielke ist Leiter der konstruktion im Anlagenbau bei der Audi AG in Ingolstadt

Reinhardt Mielke ist Leiter der konstruktion im Anlagenbau bei der Audi AG in Ingolstadt

R. Mielke: Bei neuen Anlagen werden die Anforderungen schon berücksichtigt. Es ist jedoch schwierig, bei bestehenden Fertigungen die Freigabe für die Investition zu erhalten. Es steht häufig die Forderung im Raum: Investitionen müssen sich schnell amortisieren, sonst werden sie vom Controller nicht genehmigt. Beim Energiethema müssen wir längerfristiger denken. Das Problem ist auch, dass wir mit dem Messen der Energie allein noch keine Einsparung erreichen. Daher geht jetzt auch niemand durch die Fertigung und installiert überall nachträglich Energiemessgeräte.

 

_Anlagen, die einmal produzieren, wird man kaum aus Energieeffi­zienz-Gründen nachrüsten. Diese sind aber oft von der Dimensionierung her auf der sicheren Seite._

R. Mielke: Es ist durchaus richtig; in der Planung wird auf vieles Wert gelegt: auf stabile Prozesse, auf die Qualität am Ende der Fertigung und die Verfügbarkeit der Anlagen – auf den Energieverbrauch weniger.

 

M. Putz: Energiesparen ist nicht nur über die intelligente Steuerung einer Anlage möglich, auch der Produktionsprozess ist entscheidend. Wir haben uns in den letzten zehn Jahren viel mit dem Leichtbau von Motorenkomponenten, wie der Nockenwelle oder der Kurbelwelle, unter dem Gesichtspunkt der Produktionssicherheit beschäftigt. Da uns heute viele Materialien zur Verfügung stehen, gehen wir immer mehr in Richtung der Hybridbauweise. Es ist interessant zu untersuchen, wie sich dieser Wandel auf den Energieverbrauch in der Fertigung auswirkt. Es macht sicher einen Unterschied, ob die Kurbelwellen und Nockenwellen gegossen oder geschmiedet werden. Hier schlummert noch Optimierungspotenzial.

Norbert Schwabbauer ist Leiter Marketing und Exportvertrieb bei der Karl E. Brinkmann GmbH (KEB) in Barntrup

Norbert Schwabbauer ist Leiter Marketing und Exportvertrieb bei der Karl E. Brinkmann GmbH (KEB) in Barntrup

N. Schwabbauer: Es ist richtig: Wenn erst mal alles steht, ist alles zu spät. Bereits in der Installationsphase muss der Energieverbrauch berücksichtigt werden. Dabei sollte die Innovation in der Maschine selbst erfolgen. Dort ist der Ansatzpunkt, wo die Fertigungsqualität und der Energieverbrauch bestimmt werden.

 

F. Knafla: Bekannt ist, dass allein schon durch die Überwachung und das Monitoring 2 % bis 5 % der Energie eingespart werden können. Also bieten auch bestehende Systeme Optimierungspotenzial, zum Beispiel bei der Druckluft, die sie amortisierend umsetzen können. So kann eine Leckageüberwachung wertvolle Ansätze für eine Reduzierung des Energieverbrauchs aufzeigen, deren Umsetzung ohne eine Veränderung des laufenden Prozesses erfolgen kann.

 

W. Reichelt: Zu beachten ist aber dabei, dass Condition Monitoring nicht nur allein mit Energieeffizienz in Zusammenhang gebracht wird. Condition Monitoring hat zunächst das Ziel, die Maschine prozesssicherer, höher verfügbar und letztendlich auch effizienter zu machen.

 

_Kommen wir zum kulturellen Aspekt: Wie ist denn das Feedback der Mitarbeiter in den unterschiedlichen Bereichen, wie Fertigung und Montage, in Bezug auf Energieeffizienz?_

R. Mielke: Es muss den Mitarbeitern Spaß machen, Energie einzusparen. Dazu gibt es verschiedene Prozesse bei uns, z. B. Verbesserungsideen oder unser kontinuierlicher Verbesserungsprozess (KVP). Beide müssten noch mehr auf Energiesparen fokussiert werden, sodass mehr Mitarbeiter in diesem Feld aktiv werden. Die Fertigungsanlagen sind so individuell aufgebaut, dass spezielle Lösungsvorschläge benötigt werden und dazu brauchen wir motivierte Mitarbeiter.

 

P. Klüger: Bis vor einigen Jahren war bei uns weder in der Antriebs- noch in der Mechanikentwicklung die Rede von Energieeffizienz. Der Bewusstseinswandel in der Entwicklung, dass Energieeffizienz beim Entwickeln und Konstruieren ein Gut ist, das man berücksichtigen muss, ist erst ungefähr ein Jahr alt. Der Gedanke hat sich jetzt aber durchgesetzt und es macht den Mitarbeitern Spaß, mit neuen Ideen an dem Thema Energieeffizienz zu arbeiten.

 

_Wie werden denn Roboter motiviert, Energie zu sparen?_

Peter Klüger ist bei der Kuka Roboter GmbH in Gersthofen innerhalb des strategischen Produkt-Managements für den Bereich Automobilindustrie zuständig

Peter Klüger ist bei der Kuka Roboter GmbH in Gersthofen innerhalb des strategischen Produkt-Managements für den Bereich Automobilindustrie zuständig

P. Klüger: Dazu ein klassisches Beispiel aus der Automobilindustrie: Dort wurde ermittelt, das ein Roboter 3 400 h/a wertschöpfend tätig ist, 2 250 h/a befindet er sich im Standby-Betrieb, in dem er trotzdem Energie verbraucht. Wird der Standby-Verbrauch reduziert, erreicht man sofort einen großen Einspareffekt. Das nächste einfache Beispiel: Der Roboter ist in vielen Fällen nicht richtig programmiert. Nimmt ein Roboter eine Last und bewegt sie in einem großen Radius von Punkt A nach Punkt B, verbraucht er mehr Energie, als wenn die Last vorher möglichst nah zur Drehachse verlagert wurde. Diese Optimierung ist mit Offline-Tools möglich. Deshalb sollte die Simulation einer Anlage nicht nur im Hinblick auf die Reichweite, Zugänglichkeit und Taktzeit erfolgen, sondern auch für die Ermittlung der energieoptimierten Bahn zwischen zwei Punkten genutzt werden.

 

_Kunden auf der Betreiberseite sind in der angespannten Situation sicher kaum bereit, für Energieeffizienz mehr Geld auszugeben._

F. Knafla: Wir stehen noch am Anfang des Themas. Bei weiter steigenden Energiekosten werden wir irgendwann an einen Punkt kommen, bei dem der Betreiber auf die Kosten achtet. Das ist ein Prozess, den wir kontinuierlich vorantreiben können. Wir dürfen uns nicht dazu drängen lassen, immer nur Kosten beim Invest zu sparen.

 

R. Mielke: Es gibt einige Projekte, bei denen man in der Investitionsphase auf die Kosten während der Lebensdauer achtet, aber es sind noch viel zu wenig. Bei Elektromotoren ist es inzwischen Pflicht, bei Dauerläufern mit einer Einschaltdauer größer 70 % energieeffiziente Produkte einzusetzen. Ein Motor löst in der Investphase ca. 10 % bis 20 % der Kosten aus, der Rest sind Wartungs- und Energiekosten. Die Investphase spielt in diesem Fall also eine geringe Rolle, trotzdem sind wir in der Automobilindustrie oftmals investbezogen. Bei Projekten wird ein Investitionsvolumen vorgegeben. Um dieses einzuhalten, werden geplante Energiesparprojekte wieder gestrichen. Wir müssen im Management diese Themen weiter forcieren, um nachhaltigere Investitionsentscheidungen zu treffen.

 

P. Klüger: Wir verkaufen 60 % unserer Roboter in die Automobilindustrie und 40 % in den allgemeinen Bereich. Wir merken deutlich, dass in der Automobilindustrie Einkäufer und Betreiber zwei verschiedene Personen sind, in der allgemeinen Industrie ist hingegen Einkäufer und Betreiber oft ein und derselbe. Hier werden die Laufzeitkosten in den Vordergrund gestellt.

 

F. Knafla: Eine weitere Möglichkeit für höhere Energieeffizienz ist das Thema Last- und Tarifmanagement. Das gibt es schon seit 20 Jahren. Automatisierte Systeme steuern den Prozess so, dass Lastspitzen vermieden werden.

 

W. Reichelt: Es fallen in der Diskussion zu oft nur die Begriffe Rechnen und Analysieren. Ich bin eher ein Pragmatiker – man sollte öfters den pragmatischen Ansatz wählen, einfach sinnvolle Maßnahmen durchzuführen, dann den Erfolg zu analysieren und gegebenenfalls weitere Schritte anzuschließen. Wir haben beispielsweise in unserem Fertigungswerk im Saarland, eine Brennstoffzelle und BHKW im Einsatz. Zudem nutzen wir die Wärmerückgewinnung aus dem Kompressoren. So sind Einsparungen von rund 60 % erzielt worden.

 

_Welche Rolle spielt denn die DIN EN 16001, die den Einsatz eines Energiemanagementsystems im Unternehmen im Prinzip einfordert?_

Frank Knafla ist Fachleiter Energieeffizienz bei der Phoenix Contact Electronics GmbH in Bad Pyrmont

Frank Knafla ist Fachleiter Energieeffizienz bei der Phoenix Contact Electronics GmbH in Bad Pyrmont

F. Knafla: Die im August 2009 in Kraft getretene Norm DIN EN 16001 beschreibt, welche Maßnahmen im Unternehmen umzusetzen sind, damit ein Energiemanagementsystem nachgewiesen werden kann. Das sind zum Beispiel kontinuierliche Verbesserungsprozesse oder die Motivation der Mitarbeiter. Ein wesentliches Kernelement dieser Norm ist das Thema Energie-Monitoring und aktives Energiemanagement. Die rechtlichen Rahmenbedingungen bietet das Energieeffizienzgesetz ab 2013, nach dem Industrieunternehmen ein Energiemanagementsystem nachweisen müssen.

 

_Welche Aufgaben sehen Sie als vordringlich für eine energieeffiziente Fertigung?_

N. Schwabbauer: Wir stehen als Komponentenlieferant am Anfang der Prozesskette. Energieeffiziente Fertigungsanlagen erfordern ein verstärktes Umdenken im Investitionsablauf hin zu einer Kombination aus Materialaufwand und Betriebskosten (total costs of ownership). Dies motiviert die Zulieferkette, Produkte und Lösungen mit dem technisch Machbaren zu entwickeln, und ist mittelfristig die Grundlage für Anwender eine nachhaltig orientierte Fertigung zu gestalten, in der neben verbesserter Funktionalität in Prozessabläufen auch der Aspekt sinnvoller Energieausnutzung eingebunden wird.

 

F. Knafla: Wir müssen Transparenz schaffen und diese auch nutzen. Über die Vernetzung der Automatisierungsfeldgeräte mit einem Energiemanager kann der Standby-Verbrauch reduziert werden. Wir brauchen intelligente System, die die Last managen und deren Bedienung beherrschbar ist.

 

R. Mielke: Als erstes benötigen wir ein Managementsystem gemäß der DIN EN 16001 mit einer ausreichenden Anzahl Messstellen. Wir müssen Mitarbeiter und Organisationseinheiten motivieren, um voranzukommen. So sollte zum Beispiel der energieeffizienteste Produktionsbereich ausgezeichnet werden. Darüber hin­aus hat das Management die Aufgabe, für ein energetisch nachhaltiges Investieren zu sorgen. Irgendwann wird der Kunde nicht nur fragen, wieviel Energie ein Auto auf der Straße benötigt. Es wird auch interessant sein, wieviel Energie bei der Produktion benötigt wird. Außerdem müssen Ingenieure intelligent konstruieren. Dafür ist es notwendig, auch einzelne Komponenten mit Informationen zur Energieeffizienz zu versehen.

 

P. Klüger: Als Roboterlieferant werden wir den Kunden den energieeffizienten Umgang mit dem Produkt beibringen. Ich kann einen Roboter als Energievernichter programmieren oder ich kann ihn energieeffizient nutzen. Wir haben vor einigen Jahren einen leichten Roboterarm unter dem Aspekt der Geschwindigkeitserhöhung entwickelt. Heute würde man dies unter dem Gesichtspunkt der Energieeffizienz betrachten.

 

M. Putz: Der Energieeffizienz geht es wie dem Qualitätsmanagement, das nur zögerlich angenommen wurde. Dabei ist das Thema eine Chance, in der Produktion Innovationen zu generieren. Diese Innovationen sind für uns als Exportnation sehr wichtig. Es ist eine Gemeinschaftsaufgabe, für die wir eventuell noch die eine oder andere organisatorische und politische Entscheidung benötigen.

 

_Hat die Druckluft mit dem Ruf des Energieverschwenders in der Fertigung eine Zukunft?_

W. Reichelt: Drei Statements dazu: Die Pneumatik wird immer ihren Platz in der Automatisierung haben, weil das Preis-Leistungs-Verhältnis der Pneumatik in Bezug auf die Leistungsdichte in vielen Applikationen unschlagbar ist. Die komplette Substitution von Pneumatik durch Elek­trik ist nicht zielführend, da sie gesamthaft betrachtet keinen Kostenvorteil bringt. Es ist mit kaum einer Technologie so einfach wie mit der Pneumatik, schnell und effizient Kosten zu sparen.

 

Weitere Informationen unter

www.audi.de,

www.festo.com,

www.iwu.fraunhofer.de,

www.keb.de,

www.kuka-roboter.de sowie

www.phoenixcontact.de.

Video-Tipp

der Redaktion

VDMA: Industrie 4.0 - Next Steps

Deutschland befindet sich inmitten eines technologischen Sprungs. Der deutsche Maschinenbau beflügelt seit Jahren weltweit den Industriellen Fortschritt. Der Begriff „Industrie 4.0" steht dabei für die Vision einer vierten Industriellen Revolution. Im Video zeigt der VDMA: Industrie 4.0 ist bereits Alltag in der Produktion.

Zum Schmunzeln

"Neuerdings gehe ich von Haus zu Haus und verkaufe Alarmanlagen. Ich bin ziemlich gut darin: Wenn niemand daheim ist, lege ich einfach eine Broschüre auf den Küchentisch."
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