Transparenz bis zur letzten Maschine Energiemanagement für maximale Effizienz

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Für Hawe Hydraulik SE ist Nachhaltigkeit gelebte Kultur: Am Standort Kaufbeuren sorgt Janitza-Energiemanagement für Transparenz bis zur Maschine, überwacht Spannungsqualität und erhöht Sicherheit.

Die Hawe Hydraulik SE ist ein international tätiges Familienunternehmen mit Stammsitz in München und Produktionsstandorten in Europa, Nordamerika und Asien. Hohe Wertschöpfungstiefe mit Automatisierung und Baukastendesign ermöglichen es, auf die Anforderungen kleiner Stückzahlen genauso einzugehen wie auf Großserien. Gut 510 Millionen Euro betrug der Umsatz im Jahr 2023. Die Produkte sind in Windkraftanlagen, Kränen und Baumaschinen, die aber auch in OP-Tischen zu finden sind.

Energiemanagement als Motor der Nachhaltigkeit

Das Unternehmen praktiziert Energiemanagement schon vor der 2011 erschienen zugehörigen Norm (DIN ISO 50001) und treibt den Umbau zur Nachhaltigkeit konsequent voran. Hawe investiert jährlich beträchtliche Summen in Energieeffizienz-Projekte. Viele Tausend Mess- und Datenpunkte überwachen die gebäudetechnischen Anlagen und Produktionsanlage der Hawe-Standorte. Die Resultate dieser Bemühungen: Gegenüber 2011 sind die CO2-Emissionen in den Bereichen Scope 1 und 2 (also direkte Emissionen und Emissionen eingekaufter Energie) um 80 Prozent gesunken. Etwa ein Viertel des benötigten Energiebedarfes erzeugt Hawe selbst. Diese Maßnahmen senken die jährlichen Energiekosten um rund 2 Millionen Euro.

Ein wichtiger Bestandteil beim Energiemanagement ist die Messtechnik. Hier setzt Hawe stromseitig auf die Hard- und Software von Janitza, also UMG-Messgeräte und zur Visualisierung auf die Software GridVis Expert. Robert Holl kennt das eingeführte Energiemanagement-System 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– energetisch ein klarer Vorteil. Holl bilanziert augenzwinkernd: „Ich war schon als Student nicht ganz unbeteiligt daran, dass Maschinen an das zentrale Kältenetz angeschlossen sind.“

Erfahrungen mit den Messgeräten von Janitza hatte man an einem Standort gesammelt und entschieden, dass die Messtechnik einheitlich für alle Produktionsstandorte genutzt werden sollte.

Messdaten schaffen Transparenz: Janitza im Einsatz

Nach Stationen bei anderen Unternehmen ist er seit zwei Jahren als Teamleiter Energie für die Gebäudeautomation und das Thema Energie und Energiemanagement aller Hawe Standorte 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 Prozent Energie sparen. Mithilfe von real gemessenen Werten ließ sich dies gut aufzeigen und vergleichen“, so 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.“

Hawe-Standort Kaufbeuren setzt Maßstäbe

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 erfordert, dass die 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. 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 die GridVis Expert eingespeist. Bei Modbus-Geräten übernimmt das Messgerät die Weiterleitung.

Wettbewerbsfähigkeit sichern

Mit Energiemanagement Klimaziele erreichen

Energiebedarf pro Auftrag transparent messbar

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.

Holl erläutert: „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 abgetragenen Spanvolumen aufzeigen.

Durch die Messtechnik und Dokumentation und Visualisierung steht Holl ein riesiger Datenschatz zur Verfügung. Dank der Offenheit des Systems kann er neben den Strommengen auch Kenngrößen für Druckluft und Kälte wie Leistung, Volumenstrom, Druck oder auch Temperaturen erfassen. 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.“

Mit Blick auf die Kostenbilanz trägt sich das Energiemanagement-System und die daraus abgeleitete Maßnahmen selbst.

Netzqualität im Blick mit GridVis Expert

Alexander Wagenhuber vom Technischen Vertriebsaußendienst bei Janitza bringt einen weiteren Aspekt ein: „Über die GridVis Expert betrachten wir hier nicht nur die Verbräuche, sondern auch die Netzqualität. Es gab bei Hawe schon einmal Situationen, die man bei dem Neubau von vornherein vermeiden wollte. In der Einspeisung sind hierfür UMG 512-PRO und UMG 509-PRO verbaut.“ In der Tat profitieren auch die Haus- und Betriebstechnik bei Hawe von der Messtechnik. Die ständige Überwachung stellt die Hochverfügbarkeit der Energieversorgung sicher. Ebenso lässt sich erkennen, ob Transformatoren, Leitungen oder Leistungsschalter über längere Zeit an der Leistungsgrenze betrieben werden.

Holl ergänzt: „Bei einer Störung ist man froh, dass man die Messgeräte hat. Wir hatten vor kurzem Probleme mit dem Volumenstrom in einer Kälteleitung im Werk Sachsenkram. Da haben wir uns in mit der Visualisierungssoftware (GridVis Expert) aus der Ferne einfach schnell ein Dashboard gebastelt, um den Verlauf des Volumenstroms sichtbar zu machen.“ Danach ließ sich der Fehler rasch eingrenzen: Die Maschine am Ende des Strangs bekam zu wenig Wasser. Noch einmal Holl: „Ein Dashboard zu bauen ist so einfach wie PowerPoint. Man muss es nur ausprobieren und kann sich selbst alles beibringen. Jeder kann Visualisierungen erstellen, aber auch attraktivere oder komplexere Darstellungen sind möglich.“

Messgeräte verhindern ungeplante Stillstände

Holl spricht einen weiteren Vorteil an: „Bei jeder Maschine, die wir mit Messtechnik ausgestattet haben, sparen wir uns zukünftig die vorgeschriebenen manuellen Isolationsprüfung, denn die Geräte überwachen den Isolationswiderstand kontinuierlich.“ Viele Janitza Messgeräte bieten standardmäßig die RCM-Messung an. So lassen sich schleichend auftretende Isolationsfehler frühzeitig erkennen und ungeplante Anlagenstillstände vermeiden. Wagenhuber ergänzt: „Eine wirklich korrekte Messung nach DGUV 3 ist ohnehin schwer möglich, da man eigentlich jede Zuleitung nach der Sicherung prüfen müsste. Dort würde aber die Prüfspannung empfindliche Geräte zerstören. Das geht nur mit Punkt zu Punkt Prüfung von Leitungen zu SPS, Steuerungen oder einem Monitor. Das ist in der Praxis kaum umzusetzen.“

Messtechnik zahlt sich aus: Kostenbilanz im Plus

Der Aufwand für die Messtechnik trägt Früchte. „Mit Blick auf die Kostenbilanz trägt sich das Energiemanagement-System und die daraus abgeleitete Maßnahmen selbst. Durch die einfache Visualisierung sieht man sofort, wo Energie verschwendet wird oder ob Anomalien auftreten“, so Holl. Entscheidungen lassen sich jetzt viel einfacher treffen, da die Fakten vorhanden sind, vor allem aber leicht überschaubar und übersichtlich dargestellt werden.

So zeigt beispielsweise die visualisierte Heatmap einer Werkzeugmaschine mit nur drei Farben, was im Betrieb passiert: Grün für „kein Verbrauch“, rot für „Produktion“. Besonders relevant ist der Standby-Verbrauch in orange. Holl erklärt: „Aus energetischer Sicht sind die Zeiten in der eine Werkzeugmaschine nicht produziert, aber trotzdem Energie verbraucht, sehr interessant. Messungen haben gezeigt, dass eine spezielle Maschine teilweise mehrere Stunden im Standby läuft und einen durchschnittlichen elektrischen Leistungsbezug von 13 kW aufweist. Diese hohen Energieverbräuche und damit auch Kosten in der nicht wertschöpfenden Zeit wurden bisher unterschätzt. Berechnungen haben schnell gezeigt, ab welchem Zeitpunkt es Sinn macht, die Maschine nicht in diesem Betriebszustand laufen zu lassen.“
Inzwischen haben auch die Fertigungsplaner Zugriff auf die Visualisierung. Sie denken darüber nach, die Dashboards auch an der Maschine anzuzeigen, um die Bediener besser zu informieren. Sie sind von sich aus bereits daran interessiert, den Betrieb effizient zu gestalten. An der Maschine können sie bisher aber nicht erkennen, wieviel Energie gerade verbraucht wird. Wenn dort zukünftig neben dem Verbrauch auch die Kosten angezeigt werden, wird dies das Bewusstsein der Belegschaft noch einmal zusätzlich schärfen und so den wirtschaftlichen und politischen Forderungen nach einem ressourcenschonenden Betrieb noch besser nachzukommen. Damit passt das Energiemanagement mit Janitza auch perfekt zum Firmenmotto von Hawe: "Solutions for a World under Pressure"!

Dipl.-Phys. Martin Witzsch ist freier Journalist in Erlangen.