Mit der Power-Force 8, einer 200 t schweren Fahrständerfräsmaschine, setzt die SHW Standards für effiziente Schwerzerspanungstechnik. Mit Erfolg: Die in allen Facetten der Entwicklung, Konstruktion und Ausrüstung auf Energieeffizienz getrimmte Innovation spart bis zu 27 %. Dazu trug auch eine neue Generation an Schaltschrank-Kühlgeräten bei.
Der Autor: Hans-Robert Koch, Leiter Fachpresse, Unternehmenskommunikation, Rittal, Herborn
Einen Meilenstein in der Entwicklung energieeffizienter Maschinen sowie umweltfreundlicher und ressourcenschonender Fertigungstechniken hat die SHW Werkzeugmaschinen GmbH, ein führender Hersteller von Fahrständermaschinen, mit einer neuen Fahrständerfräsmaschine gesetzt. Die gigantische 200 t schwere und 9,35 m hohe Neuentwicklung kommt etwa beim Fräsen von Statoren für Windkraftanlagen mit einem Innendurchmesser von 6,5 m zum Einsatz.
Herzstück der Fräsmaschine ist der neue stufenlose Universalfräskopf in orthogonaler Bauweise, der mit einer Antriebsleistung von bis zu 90 kW und einem Drehmoment von bis zu 1 725 Nm ausgestattet ist, in dem das Know-how von 50 Jahren Fertigungserfahrung steckt. Dieser ist standardmäßig in jeder PowerForce 8 eingebaut und kann Werkstücke in praktisch jeder Position in einer oder wenigen Aufspannungen bearbeiten.
Durch das automatische Kopfwechselsystem lassen sich die Vorteile unterschiedlicher Bearbeitungsmaschinen jetzt auf einer Maschine vereinen. Optional kann die Fräsmaschine mit folgenden Wechselfräsköpfen bestückt werden: Gabelkopf, exzentrischer Horizontalkopf, Winkelkopf, Plan- und Ausdrehkopf, Horizontal-Vertikal-Drehkopf, Orthogonal-Fräskopf mit Hirth-Verzahnung, Orthogonalfräskopf mit stufenloser A-Achse sowie kurzer und langer Horizontal-fräskopf. Je nach Anforderung können weitere Fräsköpfe zum Einsatz kommen. Neue Maßstäbe in Design und Ausführung setzt auch die Hubarbeitsbühne mit ihrem überragenden Vertikalfahrweg bis 7,1 m.
Geprüfte Kühlleistung
Besonders stolz sind die Entwickler allerdings auf die energietechnischen Errungenschaften. „Die Power-Force 8 ist die bisher größte energieeffiziente Fahrständerfräsmaschine, die SHW WM je gebaut hat“, erklärt Alfons Egetemeir, Leiter Konstruktion Elektronik und betont: „Hier haben wir alle Potenziale in Sachen Energieeffizienz voll ausgeschöpft, was im Entwicklungszeitraum von 2011 bis 2012 möglich war.“
Um Energieeinsparungen von bis zu 27 % im Vergleich zu ähnlichen Fräsmaschinen – genauer von 66 000 kWh/Jahr bei 3200 Stunden Laufzeit und einer durchschnittlichen Spindelleistung von 30 kW – zu erzielen, haben die Schwaben alle technisch möglichen Lösungen eingearbeitet: So wurden Verlustleistungen reduziert, die Anzahl beweglicher Teile minimiert, auf Hydraulik-komponenten weitestgehend verzichtet und Spindelantriebe ohne Getriebe eingebaut. Zur Strategie gehören darüber hinaus der Einsatz frequenzgeregelter Pumpentechnik und energiesparender Schaltschrank-Kühlgeräte.
Die größten Einsparungen von 21 600 kWh erzielten die Entwickler durch eine automatisch gesteuerte Flussreduzierung des Hauptspindelmotors. 14 400 kWh konnten eingespart werden durch den Verzicht auf eine getriebebetriebene Spindel. „Ohne Getriebe gibt es auch keine Getriebeverluste und somit auch Einsparungen bei der Verlust- und der Rückkühlenergie“, erklärt Egetemeir die Vorteile. Auch die Hydraulik wurde auf Effizienz getrimmt. Dank einer Entwicklung auf Aussetzbetrieb mit Druckspeicher ließen sich Energieeinsparungen in Höhe von 11 000 kWh erzielen. Weitere Einsparungen erreichte man durch den Einsatz frequenzgeregelter Technik beim Kühlmittelbetrieb (6800 kWh), einer Kühlmittel-Spülpistole (3300 kWh), die automatische Abschaltung (Energiesparmodus) der Maschine in den Standby-Modus (6000 kWh) sowie durch 100%ige Blindleistungskompensation.
Preisgekrönte Entwicklung
Um auch bei der Schaltschrank-Klimatisierung alle möglichen Effizienzpotenziale auszuschöpfen, setzt SHW WM auf die neue Kühlgeräte-Generation „Blue e“ von Rittal. „Gegenüber der Vorgängergeneration verbrauchen die neuen Kühlgeräte um 45 % weniger Energie. Damit lassen sich beim Betrieb der PowerForce 8 jährlich 3 047 kWh einsparen“, freut sich Egetemeir. Die vier auf der Maschine installierten Wandanbau-Geräte, die für die Kühlung von Ein- und Rückspeisemodulen für den Achsantrieb, von Netzfiltern, Drosseln sowie Lasttrennern, Schützen und Relais sorgen, verfügen über eine Kühlleistung von insgesamt 16 kW.
Die Kälteleistungszahl von 2,47 (COP, Coefficient of Performance) resultiert aus dem optimalen Zusammenwirken aller für die Kälteleistung verantwortlichen Komponenten wie die Auslegung der Verflüssiger, Verdampfer, Kühllamellen, Rohrbögen und alle weiteren Kältekomponenten. Ein weiterer wesentlicher Faktor für die höhere Effizienz ist die ideal ausgelegte Regelelektronik durch die neue Eco-Mode-Steuerung. Wird ein Dauerbetrieb des Innenlüfters nicht benötigt, erfolgt automatisch dessen Abschaltung – und damit eine Einsparung der Stromkosten. Da die Kühlgeräte vom TÜV Nord geprüft sind, hat SHW WM die Sicherheit, dass tatsächlich die Kühlleistung und Energieeffizienz zur Verfügung steht, die Rittal für seine Geräte angibt.
Von Vorteil für den Maschinenbauer ist noch ein weiteres. „Bei der Kühltechnik von Rittal konnten wir die Geräte über Masterslave verbinden – hier hatten wir mit anderen Kühlgeräten eher Probleme“, so Egetemeir. Ausschlaggebend für den Umstieg auf Kühlgerätetechnik von Rittal war vor einigen Jahren ein Anwendungsfall, wo Kühlgeräte eines anderen Herstellers unter Extrembedingungen durch den Einfluss von Carbonstaub ausfielen. „Wir haben daraufhin ex-geschützte Kühlgeräte von Rittal eingesetzt, die bis heute ohne Probleme laufen“, so der Entwickler.
Für die optimale Ressourcennutzung und Energieeinsparung bei der Entwicklung der PowerForce 8 erhielt SHW WM in 2012 eine besonders Auszeichnung: den Nortec Award. Die Auszeichnung wurde verliehen, weil der Maschinenbauer das Thema Nachhaltigkeit in der Industrieproduktion in allen Facetten der Entwicklung, Konstruktion und Ausrüstung einer Großwerkzeugmaschine konsequent umgesetzt hat. Die Entscheidungskriterien waren der Grad der Nachhaltigkeit in der industriellen Produktion, der Sozialverträglichkeit, der Wirtschaftlichkeit sowie die Nutzung energiesparender Teilsysteme bzw. Nachhaltigkeitsaspekte bezogen auf Zulieferteile. I
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