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Verbrauch von Abluftanlagen und Kompressoren steuern

Betriebs- und Maschinendaten im Blick

Verbrauch von Abluftanlagen und Kompressoren steuern

Über ihre Betriebs- und Maschinendatenerfassung nutzt die Gotzeina Drehtechnik GmbH Informationen aus dem Geschäftssystem, um Steuerungsimpulse zur Energieeinsparung für Fertigungsanlagen und -systeme abzusetzen. Der sauerländische Präzisionsdrehteilehersteller regelt so neben produktionsrelevanten Vorgängen auch die Energieoptimierung der Abluftanlagen für CNC-Maschinen und Kompressor.

Bild: Rüsing

EDV-Unterstützung der Geschäftsprozesse in Form von integrierten Enterprise-Resource-Planning-Systemen (ERP) ist heute bei vielen kleinen und mittelständischen Unternehmen ein wichtiger Baustein für die wirtschaftliche Herstellung von Gütern und Dienstleistungen. Weniger selbstverständlich ist hingegen die Idee, im Unternehmenssystem anfallende Informationen zusätzlich als direkte Steuerungsimpulse zur Energieeinsparung bei vorhandenen Fertigungsanlagen und -systemen zu nutzen. Wie das auch mit relativ geringem Aufwand möglich ist, zeigt das Beispiel der Gotzeina Drehtechnik GmbH aus Herrscheid. Der sauerländische Präzisionsdrehteile-Hersteller steuert mit dem in das ERP-System des Software-Anbieters Gewatec integrierten Betriebs- und Maschinendatenerfassungs-Modul (BDE/MDE) neben produktionsrelevanten Vorgängen auch die Energieoptimierung der Abluftanlagen für die CNC-Maschinen und den Kompressor.

Die Investition in diese Lösung hat sich nach Angaben des Geschäftsführers Gerhard Gotzeina innerhalb eines Jahres amortisiert: Das Unternehmen fertigt mit ungefähr 50 Mitarbeitern auf Kurz- und Langdrehautomaten sowie Bearbeitungszentren Präzisionsdrehteile in Komplettbearbeitung und führt CNC-Lohnbearbeitungen aus. Das mittelständische Familienunternehmen liefert seine Produkte in unterschiedliche Branchen wie Automobilindustrie, Maschinen- und Anlagenbau, Medizintechnik, Steuer- und Regeltechnik sowie Umwelttechnik. „Eine gut organisierte EDV-Struktur auf Basis der Gewatec-Lösung mit moderner ERP- und PPS-Software, MDE/BDE, ein integriertes CAQ-System, sowie ein moderner Maschinenpark zur Komplettbearbeitung mit integrierten Werkzeug-/Prozessüberwachungssystemen bilden die Voraussetzungen, ein zuverlässiger A-Lieferant zu sein“, sagt Gotzeina.

Dabei sei die vorausschauende Qualitätsplanung und Abstimmung mit dem Kunden ein wichtiger Faktor, um das Ziel einer fehlerlosen Fertigung zu erreichen. Dies verbindet das Unternehmen mit einer pragmatischen Optimierung des Energieverbrauches: Die Optimierung der Systeme erfolgt nicht unbedingt auf Basis einer systematischen Betriebsanalyse; aber dort, wo sich Ansatzpunkte zur wirtschaftlichen Energieeinsparung zeigen, werden sie aufgegriffen und umgesetzt.

Automatische Anlagenabschaltung spart Energie

Die Deutsche Energie-Agentur (Dena) in Berlin sieht ebenso wie der ZVEI bei der Energieeinsparung generell noch großes Potenzial, da viele Betriebe vorhandene Einsparmöglichkeiten nicht gut genug kennen. Neben Ansätzen bei Wärme und Brennstoffen können sich dazu zum Beispiel bei Querschnittstechnologien wie Pumpen, Druckluft, Antrieben, Ventilatoren, Kälte- und Fördertechnik lohnenswerte Kostenvorteile durch energetische Optimierung ergeben.

Elektromotorische Antriebe sind in der Industrie von großer Bedeutung und aufgrund ihrer Anzahl und Leistungsstärke nach Angaben des ZVEI für knapp drei Viertel des industriellen Stromverbrauchs verantwortlich. Bei Pumpen- und Druckluftsystemen entfielen zum Beispiel auf den Energieverbrauch bis zu 90 Prozent der Lebenszykluskosten. Einsparungen lassen sich hier durch Laufzeitoptimierungen oder einen moderneren, sparsameren Antrieb schnell realisieren. Bei Gotzeina wurden im ersten Schritt die Laufzeiten der Abluftsysteme für die CNC-Maschinen und den Kompressor optimiert.

Um die an den Drehmaschinen entstehenden Abluft- und Ölnebel zu entfernen, setzt das Unternehmen fünf elektrostatische Luftfilteranlagen ein. An jede Filteranlage sind mehrere Maschinen angeschlossen, von denen die Abluft direkt zum Filter geleitet wird. Nun sollte wenn alle CNC-Maschinen einer Filteranlage stehen, auch die Abluftanlage abgeschaltet werden, vorwiegend während der Nacht und am Wochenende. „Wir arbeiten im Zwei-Schicht-Betrieb. Da produzieren immer wieder Maschinen unter Überwachung von CO2-Löschanlagen noch einige Stunden unbesetzt in die Nacht hinein. Unnötigen Stromverbrauch haben wir jetzt durch die automatische Abschaltung abgestellt“, erklärt der Geschäftsführer.

Kombination aus Betriebsdatenerfassung und Energiemanagement:?Wenn alle Maschinen einer Abluftanlage stehen, wird automatisch die entsprechende Lüfteranlage ausgeschaltet. Bild: Gewatec

Von der Fertigungsplanung bis zum Energiemanagement

Gesteuert wird die Abschaltung von dem MDE/BDE-Modul ‚Provis‘, einem Baustein der ERP-Lösung ‚GPPS‘ von Gewatec. Das Unternehmen setzt die aktuelle Version des Systems in einer umfassenden Installation ein, angefangen vom Produktionsplanungssystem mit Waagenanbindung über Kapazitätsplanungs-Leitstand und Angebotskalkulation bis zum CAQ-System. Das ERP-System wurde speziell für mittelständische Fertigungsbetriebe entwickelt. Dazu existieren Branchenlösungen für Zerspaner, Serienfertiger, Automobilzulieferer, Kunststoffspritzer und Medizintechniker.

Im Rahmen der Maschinen- und Betriebsdatenerfassung werden Daten, die für einen wirtschaftlichen Fertigungsprozess notwendig sind, betriebsweit erfasst und über Industrie-Computer oder Daten-Terminals an den BDE/MDE-Leitstand-Rechner übermittelt. Bei Gotzeina sind zur Zeit an über 40 Maschinen Datenterminals installiert, die bei Bedarf im gesamten Netzwerk beispielsweise den aktuellen Stand des Auftragsfortschritts, den Materialverbrauch oder spezifische Maschinendatenauswertungen anzeigen. Dazu können maschinen- oder auftragsbezogenen Auswertungen, Soll-Ist-Vergleiche und zeitbezogene Nachkalkulationen erstellt werden.

In Verbindung mit dem CAQ-System überwacht der Leitstand auch beispielsweise die Messintervalle bei den gefertigten Teilen. Wird der Messzeitpunkt überschritten fordert der Leitstand den Mitarbeiter an der Maschine durch die Ansteuerung einer Signallampe zum Messen auf. Hier setzt Gotzeina mit seinen Maßnahmen zur Energieeinsparung an: Wenn alle Maschinen einer Abluftanlage stehen, wird vom Leitrechner ein Impuls an einen Aktor gesendet, der dann die entsprechende Lüfteranlage ausschaltet. In das Energiemanagement ist auch der frequenzgeregelte Kompressor einbezogen, der ebenfalls ausgeschaltet wird, wenn keine der fünf Abluftanlagen mehr aktiv ist. Da ein Druckluftsystem aufgrund von Leckagen immer einen gewissen Grundverbrauch hat, würde der Kompressor diesen in der Nacht oder am Wochenende ausgleichen. Durch die Frequenzregelung arbeitet der Kompressor auch während des Betriebes bereits energieoptimiert.

Zusätzliche Energieoptimierung bei Wärmetauschern

Als nächster Schritt ist geplant, mit drehzahlgeregelten Rotationswärmetauschern in den Werkhallen weitere Gebläseanlagen in das Energiemanagement einzubeziehen. Die Tauscher werden zur gesteuerten Wärmerückgewinnung der Abluft eingesetzt und sorgen während der Betriebszeiten für den notwendigen Frischluftanteil in den Werkhallen. Nachts und am Wochenende geht dieser Abtransport von Wärme aber unnötig zu Lasten der Heizkosten, so dass sie in diesen Zeiträumen ebenfalls automatisch abgeschaltet werden sollen. Bei der überschlägigen Ermittlung der Einsparungen rechnet das Unternehmen zu den direkten Stromkosten auch die verminderten Wartungskosten und den geringeren Verschleiß, beziehungsweise die längeren Laufzeiten der Lüfteranlagen und des Kompressors.

Diese Einsparungen sind relativ genau zu bestimmen. Schwieriger wird die Bilanzierung bei den Heizkosten. Der Abtransport warmer Luft aus der Werkhalle wird zwar reduziert wenn die Lüfteranlagen nicht laufen, durch die Stillstandszeiten des Kompressors ist allerdings auch die bei dessen Betrieb entstehende Abwärme, die für Sozialräume und ein angrenzendes Wohnhaus genutzt wird, geringer. „Abgesehen davon, dass ein Kompressor bei Betriebsstillstand aber nicht als Heizung missbraucht werden sollte, sparen wir unterm Strich auch bei den Heizkosten. Alle Einspareffekte über das ProVis-Energiemanagement zusammen gerechnet liegen wir bis dato in einem Bereich von vier bis füntausend Euro pro Jahr. Dem gegenüber stehen Installationskosten von circa 3.500 Euro“, sagt Gotzeina.