Gerade im Automotive- und Mobilitäts-Sektor mit Tier-1-Zulieferern, der Luft- und Raumfahrtindustrie oder dem Maschinenbau gewinnt das Thema Energieeffizienz ständig an Bedeutung. Während einerseits die Energiepreise seit Jahren kontinuierlich ansteigen, verpflichten sich andererseits immer mehr Industrieunternehmen aus Verantwortung zum Klimaschutz, ihren CO2-Fußabdruck zu verkleinern.

Rund ein Drittel der gesamten Kohlendioxidemissionen in Europa erzeugt die Industrie über ihren Strombedarf. Hauptverbraucher ist dabei die Fertigung. In einem typischen Tier-1-Zulieferwerk mit spanender Fertigung erzeugt die maschinelle Bearbeitung rund 84 Prozent der CO2-Emissionen. Unabhängige Untersuchungen belegen: Über den gesamten Lebenszyklus betrachtet – noch vor dem ersten Fahrkilometer – entstehen bei der Herstellung eines Pkw rund 13 Prozent der gesamten CO2-Emissionen. Der Wettbewerbsfaktor Klimaschutz erfordert damit auch neue Automatisierungsstrategien für die Werkzeugmaschine.

Eine energieeffiziente Automatisierung behält dabei mindestens die gewohnte Produktivität bei und schafft im Idealfall die Voraussetzung für eine Produktivitätssteigerung und niedrigere Total Cost of Ownership. Dafür bedarf es bei Maschinenherstellern und -betreibern eines strukturierten Ansatzes, wie ihn Rexroth als Systemanbieter für die Multi-Technologie-Automatisierung von Werkzeugmaschinen entwickelt hat.

Die universelle Systematik Rexroth 4EE (for Energy Efficiency) umfasst vier Hebel, mit denen sich die Energieeffizienz für alle Antriebs- und Steuerungstechnologien sowie Maschinentypen über den gesamten Maschinenlebenszyklus deutlich steigern lässt. Die Basis bilden Produkte und Systeme mit optimiertem Wirkungsgrad (Efficient Components). Der zweite Hebel setzt bei der Rückgewinnung von Energie an (Energy Recovery). Drittens lassen sich durch eine Bedarfsregelung (Energy on Demand) hohe Einsparungen erzielen. Der vierte Hebel besteht in der systematischen Gesamtbetrachtung der kompletten Automatisierung (Energy System Design).

Zusätzlich zu diesen Maßnahmen gewinnt die Steuerung in Kombination mit entsprechenden Softwaretools an Bedeutung.

Die CNC-Plattform Indramotion MTX von Rexroth unterstützt Anwender dabei, die Produktivität ihrer Werkzeugmaschine zu steigern und energieeffizient zu nutzen. Die jüngste Systemversion 12 ist dafür in Hard- und Software entsprechend ausgerüstet. Je nach Anzahl der Achsen einer Maschine wählen Anwender zwischen den Varianten micro, standard, performance und advanced.

Indramotion MTX advanced ist mit einem Mehr-Kern-Prozessor ausgestattet. Diese Steuerung ist damit insbesondere für Maschinen mit vielen Achsen und komplexen Fertigungsabläufen geeignet, die mehrere Fertigungstechnologien in einer Werkstückaufspannung nutzen. Die intelligente Verteilung der Steuerungsabläufe auf die Mehr-Kern-Architektur bringt den notwendigen Leistungszuwachs für eine schnelle Abarbeitung von Programmen. Die typische NC-Satzaufbereitungszeit liegt bei kleiner 1 ms und die CNC-Interpolationszeit bei 0,25 bis 1 ms. Das verringert Nebenzeiten und erhöht die Produktivität.

Indramotion MTX bietet so auch die entsprechende Rechenleistung, um verschleifende Bewegungen und definiertes Eckenrunden durch Spline-Interpola- tion zu realisieren. Diese Funktion erlaubt es, ganz spezifisch die Beschleunigungsänderung einzelner Achsen zu beeinflussen. Denn Anfahrbewegungen oder auch Werkzeugwechselvorgänge vom Bewegungsprofil sind oft historisch gewachsen und als einfache winklige Bahn programmiert. Die runden Bewegungen ersparen unnötige Beschleunigungen und Verzögerungen. Eine ruckbegrenzte Geschwindigkeitsführung ermöglicht zudem sanftere Bewegungsübergänge. Dies spart nicht nur Energie, sondern verhindert auch Anregungen und beansprucht die Mechanik nicht unnötig.

Genauso wichtig wie die Rechenleistung ist auch die einfache Handhabung der Technik. Deshalb können Anwender die Steuerung durch neue, Grafik gestützte Eingabemasken für Bearbeitungszyklen noch einfacher programmieren und bedienen. Bei großen Bearbeitungsprogrammen erspart eine universelle Satzvorlauffunktion eine wiederholte Bearbeitung bzw. Leerfahrt der Maschine, sollte der Bearbeitungsprozess unterbrochen werden.

Energiemonitoring und intelligente Stand-by-Strategien

Mit dem Energiemonitoring als neuer Softwarefunktion können Bediener den Energieverbrauch u. a. von Antriebsachsen oder Nebenaggregaten für Hydraulik und Kühlschmiermittel aufzeichnen. Weiterhin lässt sich der Energieverbrauch auch pro Werkstück ermitteln. Ändern sich Werkstückmaterial, Verschleiß der Werkzeuge oder Hilfs- und Schmierstoffe, macht ein Vergleich anhand von Trenddiagrammen den Energieverbrauch transparent. Auf der HMI-Oberfläche sieht der Maschinenbetreiber eine einfache Übersicht über den Energieverbrauch, aufgegliedert nach Spindel-, Achsantrieben und Nebenaggregaten.

Die Nutzung von energiesparenden Stand-by-Zuständen ist eine wichtige Stellschraube. Verbrauchsmessungen zeigen, dass eine typische Werkzeugmaschine bis zu 55 Prozent der Energie allein für die Fertigungsbereitschaft verbraucht. Auch während der Produktion benötigt die Maschine nicht ständig alle Antriebe und Aggregate. Kaskadierende Stand-by-Modi können den Verbrauch senken. Dabei schaltet die Steuerung in Abhängigkeit von Ruhezeiten oder Zykluscharakteristik Aggregate in den Stand-by-Modus und fährt sie bedarfsgerecht wieder hoch.

Mit dem innovativen Softwareassistenten Indramotion MTX cta/ega hat Rexroth ein Tool zur Taktzeit- und Energie- analyse direkt in den NC-Kern der CNC-Steuerung integriert. Indramotion MTX cta/ega hat direkten Zugriff auf alle relevanten Daten und zeichnet Bewegungsdauer und Energieverbrauch jedes NC-Satzes in Millisekunden-Auflösung auf. Auf diese Weise wird z. B. sichtbar, ob und wie häufig die Antriebe ihre Spitzenleistung abrufen. Der Programmierer erhält mit MTX cta/ega erstmals eine Datenbasis, auf der er das NC-Programm gezielt optimieren und zusätzlich durch eine verbesserte Bewegungsführung die Zykluszeit verkürzen kann. Zusätzlich berücksichtigt MTX cta/ega Hilfsaggregate für die Hydraulik- oder Kühlschmiermittelversorgung. Die Aufzeichnung verläuft rückwirkungsfrei: Sie hat keinen Einfluss auf die Echtzeitfähigkeit der Systemlösung. Die Aufzeichnungs- und Analysefunktionen des Softwaretools eignen sich für alle CNC-Fertigungstechnologien.

Bosch Rexroth AG www.boschrexroth.com

Autor: Andreas Jenke, Leiter Vertrieb Branche Werkzeugmaschinen, Bosch Rexroth AG