Energieeffiziente Bearbeitung von Metall

Ein Drittel des Energieverbrauchs in Deutschland wird der Herstellung von Produkten zugerechnet. Die Internationale Energieagentur (IEA) sieht in der Energieeffizienz den mit Abstand stärksten Hebel zur CO2-Vermeidung. Wer das Verhältnis von Produktivität und Energieverbrauch verbessern will, muss allerdings auch wissen, wie und an welcher Stelle wie viel Energie benötigt und verbraucht wird.

Beispiel Maschine: Produzierende Unternehmen erzielen Verbesserungen nicht nur durch Umbauten an Bestandsanlagen, sondern auch durch neue Anlagen mit energieeffizienten Einzelkomponenten. Denn Untersuchungen der RWTH Aachen belegen, dass in einer Werkzeugmaschine die Nebenaggregate für Kühlschmierstoffversorgung (KSS), Kühlung und Hydraulik die größten Energieverbraucher sind. Zusammen mit der Hauptspindel zeichnen sie für mehr als zwei Drittel des Energieverbrauchs einer Werkzeugmaschine verantwortlich, stellten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler fest.

Sparsamkeit als Wettbewerbsvorteil

Die Datron AG im hessischen Mühltal ist einer der METAV-Aussteller, der bei der Entwicklung neuer Maschinen neben Präzision und Leistung frühzeitig einen Fokus auf den Energieverbrauch richtete. „Energieeffizienz wird künftig eines der wichtigsten Verkaufsargumente sein“, ist Sven Kreusel, Bereichsleiter Vertrieb weltweit, überzeugt. Inzwischen kommen Hochfrequenzspindeln bei einer Präzision im Mikrometerbereich und Drehzahlen bis 60.000 Umdrehungen pro Minute mit einer Leistung von acht Kilowatt aus, was etwa einem Drittel des Energiebedarfs von Spindeln konventioneller Bauart entspricht.

Darüber hinaus machten sich die Ingenieurinnen und Ingenieure des Unternehmens daran, die Energiefresser in der Peripherie der Werkzeugmaschinen zu eliminieren. Dazu gehörten laut Kreusel vor allem der Verzicht auf Hydraulik, die durch Vakuumtechnik ersetzt wird, und der Einsatz einer effizienten Minimalmengenkühlschmierung, die im Gegensatz zu herkömmlichen Kühlschmierstoffanlagen weniger kostenintensiv und platzraubend ist.

Noch sei es notwendig, das Interesse von Anwenderinnen und Anwendern gezielt auf das Thema Energieeffizienz zu lenken, erläutert Kreusel, weil die Potenziale oft unterschätzt oder nicht gesehen würden. Zwar gebe es eine junge Unternehmergeneration, die den Klimaschutzgedanken schon sehr verinnerlicht habe und Fragen dazu voranstelle. In der Regel käme das Thema bei Interessierten sowie Kunden meist zuletzt zur Sprache, wenn es um Anschaffungskosten und Return on Invest geht. „Wenn wir aufzeigen können, dass man je nach Anwendung zwischen 15.000 und 22.000 Euro an Energiekosten pro Jahr sparen kann, ist der Überraschungseffekt oft groß“, ergänzt der Vertriebschef.

Umfassende Förderung wenig genutzt

„Alle von uns vorgeschlagenen Energieeffizienzmaßnahmen sind wirtschaftlich“, betont auch Dr. Philipp Schraml, Geschäftsführer des in Bensheim bei Darmstadt ansässigen Beratungsunternehmens ETA-Solutions. Das liege nicht nur an den möglichen Kosteneinsparungen, sondern auch an den angebotenen Fördermaßnahmen, in denen sich die politische Relevanz des Themas gegenwärtig widerspiegelt.

Ob die Bundesförderung für Energieaudits oder das Programm für Energie- und Ressourceneffizienz in der Wirtschaft, regionale oder europäische Fördertöpfe genutzt werden können – im Prinzip sei für jede Maßnahme und jedes Budget etwas dabei, sagt Schraml. Selbst die Beratung ist förderfähig: „Wir arbeiten praktisch kostenneutral“, sagt der Experte, „denn wir schaffen es immer, selbst mit kleineren und nicht-investiven Maßnahmen sowohl die eigenen Kosten als auch zusätzlich Geld einzusparen.“

Umso erstaunlicher mag es da erscheinen, dass nach Erkenntnissen des Instituts für Energieeffizienz in der Produktion (EEP) der Universität Stuttgart bislang nur jedes vierte antragberechtigte Unternehmen die in Frage kommenden Fördermittel in Anspruch nimmt. Die Ursachen vermuten Wirtschaftsexperten sowohl in der mangelnden Transparenz der Förderangebote als auch in komplizierten Antragsszenarios.

Schraml sieht ein anderes Problem: „Wir stellen fest, dass es in vielen, vor allem kleineren Unternehmen schlicht an der spezifischen Kompetenz und am fachlich geschulten Personal fehlt, um sinnvolle Energieeffizienzmaßnahmen zu erkennen und anzugehen.“ Nur selten werden vor- und nachgelagerte Prozesse analysiert. Es gäbe keine Vernetzung unterschiedlicher Gewerke. Es werde zu wenig zur Energieeffizienz beraten. Erschwerend komme hinzu, dass auch die Erfassung von Energiedaten zunächst einmal Kosten verursacht.

Für ETA-Solutions sei es daher immer der erste Schritt, Transparenz und ein Verständnis für den Systemzusammenhang herzustellen. Erst dann werden – gemeinsam mit dem Unternehmen – Vorschläge für Maßnahmen erarbeitet. Im dritten Schritt geht es darum, Energie, die in die Produktion geht, mehrfach zu nutzen, sei es für Heizung und Wärme oder für eine effiziente Gebäude- und Anlagenkühlung. Besonders wirtschaftlich ließen sich Energieeffizienzmaßnahmen bei Neubeschaffungen, Retrofits oder anderen Projekten realisieren, wenn diese von Anfang an mitgedacht werden. Für Förderanträge sei eine valide Abschätzung der zu erzielenden Energieeinsparung Voraussetzung.

Maßnahmensteckbriefe aus der Forschung

Transparenz herzustellen und Denkanstöße zu geben, ist auch das Ziel praxisnaher Forschungsprojekte. ETA-Solutions ist eine Ausgründung des Instituts für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen (PTW) der TU Darmstadt. 2016 entstand die interdisziplinäre Forschungsgruppe ETA (Energietechnologien und Anwendungen in der Produktion) mit dem Forschungslabor ETA-Fabrik. Das Bundeswirtschaftsministerium finanzierte das Projekt ETA-Transfer. In Zusammenarbeit mit Unternehmen wie Trumpf und Bosch Rexroth wurden konkrete Energieeffizienzmaßnahmen in ihren Auswirkungen analysiert und dokumentiert. In so genannten Maßnahmensteckbriefen zu Themen wie der Schaltschrank-, Maschinen- und Anlagenkühlung oder der Wärmerückgewinnung wurden Einsparungen von 25 bis 85 Prozent nachgewiesen. Die Steckbriefe beschreiben jeweils die einzelnen Maßnahmen, beziffern die nachgewiesene Einsparung sowie Amortisationszeit und geben zusätzlich an, welche Fördermöglichkeiten dafür in Anspruch genommen werden können.

Bei ETA-Transfer zeigten sich viele Beteiligte am Ende überrascht, wie sich selbst mit kleinen und nicht-investiven Veränderungen erstaunliche Effekte erzielen lassen. Es reichte mitunter aus, ein kleines Gerät auszutauschen oder die Maschine in Bearbeitungspausen konsequent abzuschalten, um signifikante Energieeinsparungen zu erzielen.

Zu einer Steigerung der Energieeffizienz gehören nicht nur Maschinen und Komponenten, sondern auch ein organisatorisch energiebewusster Maschineneinsatz. Es lohnt sich, Mitarbeiter dafür zu sensibilisieren, dass die Maschine bei Schichtende oder am Wochenende abzuschalten ist, vorausgesetzt, dass sich dies mit dem Hochlaufverhalten der Maschine vereinbaren lässt.

In Zukunft sollten Maschinen dies allerdings selbst organisieren können. Dann schaltet sich die Maschine samt Nebenaggregaten über die Anlagensteuerung automatisiert in den Energiesparmodus, in Bearbeitungspausen ebenso wie bei einem von der Beladeeinheit gemeldeten Teilemangel.

Eine Frage der Unternehmenskultur

Zu ETA-Solutions kommen viele Unternehmen, die der Energieauditpflicht unterliegen, berichtet Schraml. Darüber hinaus gibt es kleine und mittelständische Unternehmen, die aus eigener Überzeugung „etwas machen wollen“ oder sogar den Weg zu einer CO2-neutralen Fabrik anstreben. „Das sind uns die Liebsten“, gesteht der Experte.

Der Weg zu mehr Energieeffizienz und einer CO2-neutralen Produktion ist keineswegs abhängig von der Unternehmensgröße, sondern eher von der Unternehmensstruktur und -kultur. Es zeigt sich schnell, ob das Thema konzeptionell eingebettet ist in eine solide Nachhaltigkeitsstrategie, die auch die Beschäftigten mitnimmt. Dann genießt der Weg zur CO2-Reduzierung oder gar zur klimaneutralen Fabrik in der Regel hohe Priorität in der Unternehmensleitung und wird als Beitrag zum Klimaschutz konsequent umgesetzt.