AMB-Trend-Lounge: Bei der Zerspanung CO2 und Kosten sparen

Geschwindigkeit ist der Schlüssel

Für Prozesseffizienz und Kreislaufwirtschaft steht der Zerspan-Spezialist Ceratizit. „In jedem Prozess stecken zehn Prozent, die wir heben können, um den Ablauf noch einmal zu verbessern und zu beschleunigen“, weiß Steffen Baur, Leiter Produktmanagement bei Ceratizit. Denn: Das Einsparen von Zeit ist beim Zerspanen gleichbedeutend mit Energieeffizienz. Sprich: Je kürzer die Zerspan-Pausen, je schneller der Vorschub, desto niedriger der Energieverbrauch. Schließlich laufen die Nebenaggregate, wie Hydraulik, Druckluft, Kühlung, weiter, ob nun zerspant wird oder nicht.

„Je schneller, desto nachhaltiger wird die Produktion“, fasst Steffen Baur zusammen. Eine optimierte Frässtrategie kann also viel bringen. Eine digitale Lösung, die es erlaubt, diese Stellhebel zu erkennen, hat Ceratizit auf der AMB vorgestellt: ein digitales Cockpit, das die Kundendaten aus dem Shopfloor visualisiert. „Damit generieren wir allein in der Fehlersuche eines Prozesses bis zu 90 Prozent Zeitersparnis und reduzierten das CO₂, weil die Werkstücke sehr viel schneller fertig werden“, betont Ceratizit Geschäftsführer Andreas Kordwig.

Werkzeuge aus Sekundärrohstoffen

Der Anteil, den das Werkzeug im Produktionsprozess am Energieverbrauch hat, liegt jedoch nur im einstelligen Prozentbereich. „Wir schauen deshalb mit unseren Kunden auf den gesamten Prozess, von der Beschaffung, über die Zerspanung, Qualität bis zur Rückführung von benutzen Werkzeugen, als recyceltes Werkzeug, recyceltes Substrat oder nachgeschliffenes Werkzeug“, erklärt Kordwig.

Re-Use und Re-Cycle lauten also die Prinzipien auch in der nachhaltigen Zerspanung. Bei Ceratizit gelingt dies über eine Hartmetallsorte, die zu 99 Prozent aus Sekundärrohstoffen aus ausgedienten Fräsen und Bohrern besteht. Hartmetalle bestehen zu einem großen Anteil aus Kobalt und Wolfram, deren Primärgewinnung sehr energieintensiv ist. Entsprechend groß ist das Einsparpotenzial, wenn die Rohstoffe wiederverwertet werden. Hinzu kommen eine CO₂-arme Herstellung der Green-Carbide-Werkzeuge, kurze Transportwege und Kunststoffverpackungen, die ebenfalls aus Sekundärrohstoffen und über die gängigen Entsorgungssysteme wieder optimal recycelbar sind. „So kommen wir in der gesamten Prozesskette auf einen Fußabdruck von nur 2,6 Kilogramm CO₂ pro Kilogramm Hartmetall. Das entspricht, verglichen mit einem konventionellen Fräser einer CO₂-Reduktion von über 80 Prozent“, benennt Produktmanager Steffen Baur den Hebel, über den Kunden ihre SCOPE-3 Emissionen vermindern können. Hinzu kommt die Versorgungssicherheit. Über das Tochter- und Recycle-Unternehmen Stadler Metalle sei man völlig unabhängig vom chinesischen Markt.

Auch eine längere Nutzung der Werkzeuge zahlt auf die CO2-Bilanz ein. Ceratizit bietet hierfür einen Nachschleifservice. Bis zu dreimal lässt sich ein Werkzeug wieder „aufpolieren“, bevor es ausrangiert und in den Stoffkreislauf zugeführt wird.

Bio-Kühlschmierstoffe managen

Die optimale Konzentration und der richtige Füllstand der Kühlschmierstoffe in der Werkzeugmaschine sind für den Zerspanprozess essentiell. Stimmt hier etwas nicht, läuft der Prozess nicht rund, was sich auf Qualität, Zeit und Energieverbrauch auswirkt. Auch die Schmierstoffe selbst hinterlassen ihren Klima-Fußabdruck.

Der Automatisierungsspezialist Festo und der Schmiermittelhersteller Total Energies optimieren den Prozess nun von zwei Seiten.  Total mit seinem aus nachwachsenden Rohstoffen produzierten öl- und emulgatorfreien Biopolymer-Kühlschmiermittel Folia. Festo mit einem Fluidmanagement-Tool, das Füll- und Konzentrationsstände, Gleitfähigkeit und pH-Wert der Kühlschmierstoffe in der Maschine überwacht. „Ein digitaler Kühlschmierstoff“, wie Claus Wilk es im gemeinsamen Talk auf der AMB-Bühne formuliert. „Der User kann alle Werte beobachten, bekommt bei Abweichungen einen Alarm und wir unterstützen ihn bei Problem aktiv vor Ort“, beschreibt Sebastien Gast von Total Energies den Service. Er weiß: „Die Beobachtung der Kühlmittelschmierstoffe ist für die Kunden nicht immer so einfach.“

Den Festo-Part erklärt Entwickler Ralf Kapfhammer so: „Unser System ist der Brückenschlag zwischen dem physikalischen Vorgang und den Möglichkeiten der Digitalisierung.“ Die Anwender nutzen das System über eine Webanwendung. Auch ein Wartungstool ist integriert. Ziel der gemeinsamen Anstrengung: Ein optimaler, ressourcenschonender Einsatz der Schmiermittel sowie optimale Durchlaufzeiten für die Maschinen. Die erzielte Effizienz zahlt auf die Nachhaltigkeit ein.

In den Pausen abschalten

Effizienz ist auch der Ansatz von Andreas Grözinger, Siemens, der in Stuttgart als „Promotor für CNC-Ausrüstungen und Digitalisierung von Werkzeugmaschinen“ verschiedene Ansätze zur Verringerung des Energieverbrauchs bei der Teilefertigung vorstellt. Auch bei Siemens weiß man um die hohe Grundlast der Maschinen. Satte 80 Prozent der Energie verbrauchen die Nebenaggregate, 20 Prozent der eigentliche Zerspanprozess. Hinzu kommt die Blindleistung der Elektromotoren. „Über unsere Sensormodule lässt sich die Blindenergie maßgeblich reduzieren“, rät Grözinger. Entscheidend sei es zudem, die Maschinen in den Pausen auszuschalten. Energiemanagementsysteme erkennen, wenn eine Maschine nicht genutzt wird, und schalten diese automatisch ab. Angesichts der gestiegenen Energiekosten amortisieren sich solche Systeme immer schneller.

Maschinensteuerung optimieren

„Mit unseren Mess- und Steuerungssystemen können Anwender optimierte Strategien für Energie und den Maschineneinsatz ableiten“, beschreibt Andreas Grözinger die Möglichkeiten der Siemens-CNC-Steuerung Sinumerik. Dazu zählen unter anderem die Vermeidung von Stillstandszeiten, schnellere Werkzeugwechsel für die Serienproduktion, verminderte Rüstzeiten bei Kleinserien und die Reduktion von Wartezeiten in der verketteten Fertigung.

Programmierung vorziehen

Ein weiterer Effizienz-Turbo: Die Arbeit mit digitalen Zwillingen, die es erlaubt, die Programmieraufgaben in die Arbeitsvorbereitung zu verlegen. „Das spart nicht nur Zeit für die Maschinenbediener, sondern auch Energie, weil die Rüstzeiten kürzer werden“, erklärt Andreas Grözinger. Das Ziel: „Alles, was die Maschine davon abhält Späne zu erzeugen, weg von der Maschine.“ Auch Bottleneck-Maschinen, auf die in der getakteten Fertigung vor- oder nachgeschaltete Maschinen warten müssen, lassen sich über moderne CNC-Tools identifizieren und die Probleme schnell beheben. All das zahlt auf den Energieverbrauch und die Klima-Bilanz ein.