Energiemanagement für eine hochdynamische Produktion

Mit seinen effizienten und kompakten Antriebs- und Steuerungslösungen setzt Hawe Hydraulik auf die Leistungsdichte der Hydraulik. Typische Einsatzgebiete der anschlussfertigen Lösungen finden sich in der Medizintechnik, in Windenergieanlagen, Werkzeugmaschinen und Pressen. Das international tätige Familienunternehmen mit Stammsitz in München sowie weiteren Produktionsstandorten in Europa, Nordamerika und Asien erwirtschaftete 2023 einen Umsatz von mehr als 510 Mio. €. Die hohe Wertschöpfungstiefe mit Automatisierung und Baukastendesign ermöglicht es, auf die Anforderungen kleiner Stückzahlen genauso einzugehen wie auf Großserien.

Nachhaltigkeit – erste Etappe: Gebäudetechnik

Die Hawe Hydraulik SE praktizierte Energiemanagement schon vor der 2011 veröffentlichten zugehörigen Norm (DIN ISO50001) und treibt den Umbau zur Nachhaltigkeit konsequent voran. Jährlich werden große Summen in Energieeffizienzprojekte investiert. Viele Tausend Mess- und Datenpunkte überwachen die gebäudetechnischen und Produktionsanlagen der Hawe-Standorte. Das Ergebnis: Gegenüber 2011 sind die CO2-Emissionen in den Bereichen Scope 1 und 2 (also direkte Emissionen und Emissionen eingekaufter Energie) um 80 % gesunken. Etwa ein Viertel des benötigten Energiebedarfs erzeugt Hawe selbst. Diese Maßnahmen senken die jährlichen Energiekosten um rund 2 Mio. €.

Ein wichtiger Bestandteil des Energiemanagements ist die Messtechnik. Hier setzt man stromseitig auf die Hard- und Software von Janitza, das heißt UMG-Messgeräte und zur Visualisierung auf die Software GridVis Expert. Robert Holl kennt das eingeführte Energiemanagementsystem bei Hawe fast seit Beginn an, zunächst als Student. Neben der Steigerung der Energieeffizienz in der Gebäudetechnik beschäftigte er sich im Rahmen von Abschlussarbeiten mit der Kühlung von Produktionsanlagen: Ist es besser, zentral zu kühlen oder jede Produktionsmaschine separat? Das Ergebnis zeigte eindeutig, dass bei einer zentralen Kühlung weniger Energie eingesetzt werden muss und sich die Abwärme besser nutzen lässt. R. Holl bilanziert augenzwinkernd: „Ich war schon als Student nicht ganz unbeteiligt daran, dass Maschinen an das zentrale Kältenetz angeschlossen sind.“

Nach Stationen bei anderen Unternehmen ist er seit zwei Jahren als Teamleiter Energie für die Gebäudeautomation und das Thema Energie(management) aller Hawetandorte weltweit verantwortlich. Er beschreibt die Anfänge: „In den ersten Jahren lag der Fokus des Energiemanagements bei der Gebäudetechnik vor allem bei der Heizung, Lüftung und der Beleuchtung.“ So ließen sich positive Erfahrungen sammeln, ohne Stillstände in der Produktion zu riskieren. „Das war von Anfang an ein großer Erfolg. Allein durch Wärmerückgewinnung konnten wir 20 % bis 30 % Energie einsparen. Mithilfe von real gemessenen Werten ließ sich dies gut aufzeigen und vergleichen“, so R. Holl. „CO2-Emissionen sind natürlich weiterhin ein großes Thema. Wir wollen möglichst wenig kompensieren. Manchmal geht es kaum anders, etwa beim Erdgaseinsatz von speziellen Produktionsprozessen. Die Janitza-Messtechnik hilft uns, die Verbräuche zu dokumentieren und greifbar zu machen.“

Zweite Etappe: Fertigung

Nach dem erfolgreichen Einstieg über die Gebäudetechnik steht jetzt auch die Fertigung im Fokus. Erfahrungen mit den Messgeräten von Janitza hatte man an einem Standort gesammelt und entschieden, dass die Messtechnik einheitlich für alle Produktionsstandorte genutzt werden sollte. So wurde auch das 2014 eröffnete Werk Kaufbeuren mit seinen mittlerweile 700 Beschäftigten und einer Produktionsfläche von rund 31 000 m2 mit Messtechnik ausgestattet. Eine besondere Herausforderung ist die fortwährende Erweiterung und Optimierung der Produktionsabläufe. Sie bedingt, dass Maschinen regelmäßig ihren Standort wechseln. Doch auf diese Anforderungen ist die Energieversorgung vorbereitet. Statt langer Zuleitungen zu Schaltschränken gibt es Raster aus Stromschienen an der Decke. Für die Verbindung sorgen mittlerweile auch Stromabgangskästen von Janitza, die mit einem Netzanalysator UMG 96-PQ-L ausgestattet sind. R. Holl erläutert: „Wir versorgen die Produktionsmaschinen zentral mit Strom, Druckluft und Kälte. Durch die Messung direkt auf den Stromschienen und der Medienversorgung wird die gesamte Anlage transparent. Jede neue Maschine bekommt entsprechende Zähler. Ebenso Maschinen, die umziehen. So vermeiden wir Stillstände für die Umrüstung und können die Energieflüsse Stück für Stück besser nachvollziehen.“ Bei Zählern von Drittherstellern mit Ethernet-Schnittstelle werden die Signale direkt in GridVis Expert eingespeist. Bei Modbus-Geräten übernimmt das Messgerät die Weiterleitung.

Flexibles Fertigungssystem und maschinengenaue Energieerfassung

Durch eine Innovation in der Fertigung lassen sich die Messergebnisse besonders gut verwerten: Zehn Bearbeitungszentren mit einem zentralen großen Speicher für Werkzeuge sind zu einem flexiblen Fertigungssystem zusammengefasst. Die zugehörige Peripherie ist vollständig automatisiert. Dazu gehören das Materialhandling, das Bestücken der Spanntürme sowie deren Verteilung auf die Systemmaschinen und die Handhabung der Paletten. Ein Magazin mit über tausend Plätzen hält die Werkzeuge bereit. Über ein Werkzeugportal, das von einem Roboter bestückt wird, gelangen sie zu den Maschinen. Das System ist ideal, um eine möglichst energieeffiziente Fertigung zu ermöglichen. R. Holl führt aus: „Unser flexibles Fertigungssystem entscheidet autonom, welches Bauteil zu welcher Zeit auf welcher der zehn verfügbaren Werkzeugmaschinen gefertigt wird. Durch die Messung von Strom, Kälte und Druckluft an den einzelnen Werkzeugmaschinen im System und die Verknüpfung mit den Produktionsdaten ist es möglich, den Energiebedarf pro Fertigungsauftrag ziemlich genau zu bestimmen. So erkennen wir sofort Abweichungen im Energieverbrauch des gleichen Produkts auf unterschiedlichen Maschinen und können eingreifen.

Zudem ermöglicht das System in Zukunft eine Last-Flexibilisierung, sodass beispielsweise energieintensive Produkte in Zeiten produziert werden, in denen überschüssiger Photovoltaik-Strom zur Verfügung steht oder die Strompreise niedrig sind.“ Eine studentische Abschlussarbeit hat diese Potenziale beleuchtet und konnte Abhängigkeiten von Energieverbrauch zu abgetragenem Spanvolumen aufzeigen.

Durch die Messtechnik und die Dokumentation bzw. Visualisierung steht dem Team Leader Energy ein riesiger Datenschatz zur Verfügung. Dank der Offenheit des Systems lassen sich neben den Strommengen auch Kenngrößen für Druckluft und Kälte, wie Leistung, Volumenstrom, Druck oder auch Temperaturen, erfassen. R. Holl: „Unser Ziel ist eine weltweit einheitliche Messtechnik mit gleicher Methodik, die alle Daten in eine gemeinsame Datenbank einspeist. Damit wollen wir in jedem Werk schnellen Support leisten.“