Emissionen verringern Energietransparenz auf Knopfdruck: Nachhaltigkeit im Werkzeugmaschinen-Geschäft

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Es geht kein Weg daran vorbei und die Bereitschaft ist da: Die Industrie muss ihren Ressourcenverbrauch verringern. Den konkreten Nachweis zu führen, ist jedoch gar nicht so einfach. Siemens unterstützt Werkzeugmaschinenhersteller und -betreiber mit vielfältigen Ansätzen für mehr Energietransparenz dabei, Ressourcen und Material einzusparen und Emissionen zu verringern – und zwar messbar.

Ein Fünftel. 20 Prozent. Das ist der Anteil der Industrie an den weltweiten CO2-Emissionen. Auch der hohe Energieverbrauch und niedrige Recycling-Quoten sind Herausforderungen, vor denen das produzierende Gewerbe steht. Regulierungen auf unterschiedlichen Ebenen, wie beispielsweise das Lieferkettengesetz, stellen zwischenzeitlich hohe Anforderungen und bringen immer neue Dokumentations- und Nachweispflichten mit sich. Eine wichtige Rolle spielt dabei die Ermittlung der Emissionen. So sind die Unternehmen verpflichtet, unternehmenseigene Emissionen (Scope 1), indirekte Emissionen (Scope 2) und sonstige Emissionen, etwa aus der Lieferkette, (Scope 3) getrennt auszuweisen.

Mehr Energietransparenz, weniger Kosten

Zudem ist die Nachhaltigkeit auf wirtschaftlicher und monetärer Ebene von Bedeutung: Angefangen bei den hohen Energiekosten, die das produzierende Gewerbe im Zaum halten muss, fließen Investitionen – Stichwort EU Taxonomie oder US Inflation Reduction Act – vermehrt in nachhaltige Lösungen und Unternehmen. Nicht zuletzt fragen Kunden immer öfter nach Lösungen, die Umweltaspekte mit einschließen. An Druck fehlt es also nicht.

Nachhaltigkeit in der kompletten Wertschöpfungskette

Umweltschonend vorzugehen, spielt bei der Sinumerik eine wichtige Rolle – und zwar über den kompletten Produktlebenszyklus hinweg: von der ersten Produktidee über den Einsatz in der Werkzeugmaschine auf dem Shopfloor hinaus bis zur Langlebigkeit, der Recycling- und Wiedereinsatzfähigkeit der Produkte oder Produktbestandteile. Dafür müssen bereits beim Design die späteren Auswirkungen auf die Umwelt mitgedacht werden. Deshalb wenden die Entwickler möglichst Konzepte an, die die Verwendung recycelter Materialien erlauben oder es ermöglichen, die Steuerungs- und Antriebstechnik einfach zu reparieren oder wiederzuverwenden. Während der Produktion von und mit Werkzeugmaschinen gilt es unter anderem, die Energieeffizienz der Maschinen und sämtliche Einsparmöglichkeiten zu prüfen. Und genau an dieser Stelle wird es nun sehr konkret.

Messungen in der Produktion

Um den Betrieb von Werkzeugmaschinen effizient zu gestalten, sind drei Aspekte von Bedeutung: die Reduktion des ökologischen Fußabdrucks, mehr Recycling und Wiederverwendung sowie die effiziente Ressourcennutzung. Das Portfolio von Siemens unterstützt alle drei. Ausgewählte Produkte von Siemens Machine Tool Systems, die die Nachhaltigkeit von Werkzeugmaschinen im Zusammenhang mit Sinumerik verbessern, werden hier vorgestellt. Um die Effekte einzelner Produkte und Appli­kationen zu belegen, hat Siemens in seinem Motorenwerk in Bad Neustadt Messungen durchgeführt. Dort wurde in der laufenden Produktion dokumentiert, wie viele Kilowattstunden sich tatsächlich einsparen lassen.

Energietransparenz: Bedarf von Maschinen ermitteln und senken

Transparenz darüber, wie hoch der Energieverbrauch einer Werkzeugmaschine ist, lässt sich mit der Funktion Sinumerik Control Energy in Kombination mit dem Multifunktionsmessgerät (Sentron Pac) verschaffen. Die Tastenkombination Ctrl-E bringt einen standardisierten Zugang zur Energietransparenz. Damit lässt sich der Energiebedarf der gesamten Maschine mit Haupt- und Nebenaggregaten zeigen. Daraus lassen sich Möglichkeiten ableiten, den Energieverbrauch in den Maschinennebenzeiten zu optimieren: Aggregate, die sich schnell wieder hochfahren lassen, etwa Hydraulik-Pumpen oder Späneförderer, können mithilfe von Sinumerik Ctrl-E Profile temporär abgeschaltet werden. Anhand einer Beispielmaschine mit einer Grundlast von fünf Kilowattstunden wurden in Abhängigkeit der Länge der Produktionspausen (Stufe 1: bis 15 Minuten; Stufe 2: ab 15 Minuten) bestimmte Nebenaggregate heruntergefahren, sodass der Verbrauch zu diesen Zeiten auf bis zu einem Kilowatt gesenkt wird. In Summe ließen sich innerhalb eines Jahres 920 Kilowattstunden Energie einsparen, was etwa fünf Prozent des Energieverbrauchs durch die Grundlast der Maschine entspricht. Weitere Erkenntnisse, die in Bad Neustadt unter der Überschrift Sinumerik Control Energy gewonnen wurden, sind in einer Checkliste zusammengefasst, die als Whitepaper zur Verfügung steht.

Noch weiter geht die Applikation Analyze MyPerformance /OEE, denn sie sorgt für Transparenz über die Gesamtanlageneffektivität (Overall Equipment Effectiveness; OEE) und erzeugt berichterstattungstaugliche Schlüsselkennzahlen (Key Performance Indicators; KPIs). Auch hier wurde nachgemessen: Da die Beispiel-Maschine am Wochenende nicht zur Produktion im Einsatz ist, lassen sich nachweislich 12.480 Kilowattstunden pro Jahr einsparen – und zwar einfach, indem sie für jeweils 48 Stunden komplett heruntergefahren wird.

Weniger Kollisionen, weniger Ressourcenverbrauch

Eine Kollision in einer Werkzeugmaschine verursacht jede Menge Ärger und kann, je nach Ausmaß des Schadens, auch für längere, teure Maschinenstillstände sorgen. Maschinenhersteller sind hier unter Zugzwang, schnell dafür zu sorgen, dass ihre Kunden wieder produzieren können. Der Service muss einsatzbereit sein, Ersatzteile vorgehalten und geliefert werden, etc. Eine Applikation, die hier für Entspannung sorgt, weil sie Maschinenkollisionen effektiv vermeidet, ist Protect MyMachine /3D Twin. Dass sich damit auch jede Menge Energie einsparen lässt, erschließt sich erst auf den zweiten Blick. Denn schließlich werden hier Ereignisse berücksichtigt, die erst gar nicht eintreten. 

Bedauerlicherweise ist es keine Seltenheit, dass es im Fertigungsalltag zu Kollisionen kommt, wenn keine Anti-Kolli­sions-Lösung verwendet wird. Für die Beispielrechnung wurden folgende Häufigkeiten zu Grunde gelegt: fünfmal pro Jahr wird das zu bearbeitende Teil zerkratzt und zu Ausschuss; dreimal pro Jahr wird ein Werkzeug beschädigt; einmal pro Jahr muss die Spindel aufgrund einer Kollision repariert und alle vier Jahre sogar ersetzt werden. Der Energieeinsatz, der jeweils beispielsweise für Transport und Produktion von Ersatzteilen notwendig ist, lässt sich schätzen. Und unter dem Summenstrich stehen dann – ganz abgesehen vom eingesparten Ärger – 1.650 Kilowattstunden, die pro Jahr und Maschine erst gar nicht anfallen.

Effiziente Unterstützung aus der Ferne für mehr Energietransparenz

Um die Maschinenbetreiber zu betreuen und ihnen im Servicefall schnell und zuverlässig zur Seite zu stehen, sind Vor-Ort-Termine meistens nicht nötig. „Remote“ lautet die Überschrift, unter der dem Anwender sogar effizienter geholfen werden kann, weil es direkt und ohne Anreise losgeht. Manage MyMachines /Remote ermöglicht den sicheren Online-Zugriff und das Monitoring von Werkzeugmaschinen aus der Ferne. Ein Rechenbeispiel veranschaulicht, um welche Dimensionen es gehen kann: Bei einer für An- und Abreise durchschnittlich zurückgelegten Distanz von 300 Kilometern entstehen CO2-Emissionen im Umfang von zirka 0,091 Tonnen. Ausgehend von 900 Serviceeinsätzen eines Maschinenherstellers pro Jahr in der DACH-Region, die anstatt direkt vor Ort Remote stattfinden, werden also etwa 82 Tonnen CO2-Emissionen eingespart. Auch der Maschinenhersteller hat hier einen direkten Nutzen, denn eingesparte Reisen lassen sich direkt als Scope-2-Einsparung verbuchen.

Zweites Leben für Ersatzteile

Siemens bietet für alle Ausführungen der Sinumerik One aufbereitete Ersatzteile an. An den überholten Steuerungen werden dabei nicht nur defekte, sondern proaktiv auch kritische Teile ausgetauscht. Denn anschließend übernimmt Siemens, wie bei einem Neuprodukt, Garantie auf die komplette Funktionalität – nicht nur auf die getauschten Teile.

Fazit: Unternehmen des produzierenden Gewerbes sind sehr unter­schiedlich; der Effekt, der sich mit der hier beschriebenen Auswahl von Produkten erzielen lässt, wird somit in praktisch jedem Betrieb ein anderer sein. Bei einigen Features lässt sich konkret ermitteln, was es bringt, andere basieren auf Schätzungen. Ein großer Vorteil all dieser Lösungen ist, dass bei Werkzeugmaschinen mit Sinumerik die Einsparungen gewissermaßen ­nebenbei gelingen. Die Reduktion des ökologischen Fußabdrucks, Recycling und Wiederverwendung sowie die effiziente Ressourcennutzung ist mit Sinumerik über den gesamten Lebenszyklus einer Werkzeugmaschine möglich. Und die Wahrscheinlichkeit, dass Maßnahmen wirklich umgesetzt werden, steigt, wenn sie alltagstauglich sind und im besten Fall gleichzeitig nachhaltige wirtschaftliche Vorteile bringen.

Die Autorin Julia Collisi ist Business Excellence im Bereich Werkzeugmaschine bei der Siemens AG.