SI/502305

Schlussbericht

Die Schweiz verfügt über eine bedeutende und im internationalen Vergleich sehr hochwertige metallverarbeitende Industrie. So schätzen z.B. Kunden als Qualitätsmerkmal die weltberühmten Schweizer Uhren für ihre hohe Präzision. Die gesamte Industrie ist daher durch die immer grösser werdenden Anforderungen an die Präzision geprägt. Dies zeigt sich sehr deutlich daran, dass gemessen an der Bevölkerungszahl in der Schweiz die meisten Werkzeugmaschinen (WZM) installiert werden. Die Schweiz ist zudem eine der grössten Werkzeugmaschinenherstellernationen weltweit. Den grössten Einfluss auf die erreichbaren Bauteiltoleranzen haben die thermischen Abweichungen der WZM. Die klassische Massnahme zur Reduktion der thermischen Maschinenabweichungen ist das Temperieren der Maschinenhalle und der WZM selbst. Hinzu kommen lange Aufwärmzyklen, in denen die Maschine unproduktiv warmgefahren wird, um die geforderte Präzision zu erreichen. Alle diese Massnahmen treiben den Energieverbrauch der Branche in die Höhe und beeinflussen daher Produktivität und Effizienz negativ. Durch eine intelligente thermische Kompensation könnten sowohl teure Klimatisierungen, wie auch Warmlaufzyklen eingespart werden. Im Projekt wurde dieses Energie- und Ressourceneinsparpotential erstmals quantitativ beurteilt. An fünf verschiedenen WZM wurde die Leistungsaufnahme parallel zu den thermischen Fehlern und der Temperatur untersucht Vier davon bei zwei verschiedenen Industriepartnern und eine direkt bei inspire, an der auch ein externes Leistungsmesssystem installiert ist. Bei all diesen Maschinen lassen sich durch thermische Kompensation deutliche Genauigkeitssteigerungen erzielen. Insbesondere in der Aufwärmphase kann die Genauigkeit deutlich gesteigert werden, sodass die WZM produktiv statt unproduktiv genutzt werden kann. Die Energieeffizienz des Gesamtsystems kann deutlich erhöht werden, da die Leerlauf-Leistungsaufnahme der untersuchten Systeme typischerweise im Bereich von 2-3 KW liegt und die Aufwärmzeit, je nach Maschine, zwischen 2-6 Stunden beträgt. Darüber hinaus wurde ein erheblicher Energieverbrauch für die Kühlung der WZM selbst und für die Klimatisierung der Umgebung festgestellt. Eine direkte Reduzierung des Energieverbrauchs, neben der Produktivitätssteigerung, erfordert die Integration der WZM-Kompensation in die Maschinensteuerung und kann nicht über die reine digitale Lageregelung erfolgen, wodurch eine Zusammenarbeit mit dem WZM-Hersteller zwingend notwendig wird. Eine Senkung des Energieverbrauchs der Umgebungstemperaturregelung muss in das Konzept der Produktionsumgebung integriert werden, z. B. kann der sekundäre Energieverbrauch der kompensierten WZM nicht direkt gesenkt werden, wenn die thermische Kompensation nicht bei allen empfindlichen WZM angewendet wird, was eine enge Zusammenarbeit mit dem Anwender und sein Bewusstsein für thermische Probleme erfordert. Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass in der Schweiz ein jährliches Einsparpotential von 25-50 GWh Kühlleistung von WZM durch thermische Kompensation vorliegt