CNC-Steuerung Sinumerik One Sinumerik One: CNC-Steuerung bietet zahlreiche Nachhaltigkeitsfunktionen

Anbieter zum Thema

Siemens AG

Schneider Electric GmbH

Energie- und ressourcensparend – inzwischen sind das zwingend notwendige Attribute von Werkzeugmaschinen. Für Werkzeugmaschinen-hersteller und -betreiber gibt es zwei Perspektiven, aus denen sie die Nachhaltigkeit ihrer Angebote betrachten können: hinsichtlich der eigenen Produktion oder des Betriebs der Maschinen bei ihren Kunden. Die CNC-Steuerung Sinumerik One sowie weitere Softwareanwendungen von Siemens bieten dafür viele Nachhaltigkeitsfunktionen.

Die Frage, ob eine Werkzeugmaschine energie- und ressourcensparend ist, gewinnt angesichts hoher Energiekosten und der Notwendigkeit für die Industrie, CO2 und weitere Treibhausgase einzusparen, an Bedeutung. Features, die es entweder ermöglichen, Transparenz über Verbräuche herzustellen oder direkt Energie einzusparen, werden immer wichtigere Verkaufsargumente. Insofern lohnt ein Blick auf die zahlreichen Funktionen, die die Siemens-CNC-Steuerung Sinumerik One und die Softwarelösungen des Unternehmens rund um die Werkzeugmaschine für die nachhaltige Fertigung mitbringen und die dem ­Maschinenhersteller (OEM) oder dem anwendenden Unternehmen nutzen. Oder im besten Fall gleich beiden.

Bleiben wir zunächst beim OEM und den Möglichkeiten, seine Werkzeugmaschinen-Entwicklung, -Produktion, -Kommissionierung und -Inbetriebnahme nachhaltig zu gestalten. Der digitale Zwilling der Maschine bildet die Basis für viele Einsparungen und Effizienzgewinne. Das Tool „Create MyVirtual Machine“ bringt einen vollwertigen und voll ausgestatteten digitalen Zwilling in die Konstruktion und kommt bis zur Inbetriebnahme von mechatronisch komplett entwickelten virtuellen Maschinen ohne die dazugehörige Hardware aus. Einsparpotenzial entsteht zudem, weil sich Aufgaben parallel und aufeinander aufbauend abarbeiten lassen. Auf herkömmliche Art und Weise müssten diese in der Konstruktion in einer strengen Reihenfolge ablaufen.

Digitaler Showroom ermöglicht Simulationen

Auf Basis von „Create MyVirtual Machine“ läuft die Applikation „Run MyVirtual Machine“. Davon kann der Werkzeugmaschinen-OEM zweifach profitieren: einerseits, indem er einen virtuellen Showroom nutzen kann, wo sich Maschinen vorführen lassen. Hier lassen sich auch Prototypen zum Leben erwecken, die noch nicht real produziert wurden. An deren digitalem Zwilling lässt sich Kaufinteressierten demonstrieren, wie man ein bestimmtes Bauteil fertigt. 

Andererseits kann der Maschinenhersteller ­„Run MyVirtual Machine“ seiner Kundschaft als virtuellen Programmierplatz für die Arbeitsvorbereitung zur Verfügung stellen. Denn diese Funktion ermöglicht realitätsgetreue Simulationen mit dem digitalen Zwilling – ganz ohne Risiko. Sie umfassen den Arbeitsraum, greifen Achswerte ab und berücksichtigen Nebenzeiten. Mit Programmierung, Testdurchläufen, Offset-Korrekturen sowie dem Einfahren im Jog-Mode mittels digitalem Zwilling und „Run MyVirtual Machine“ lassen sich pro eingefahrenem NC-Programm über 80 Prozent an Energie einsparen (Bild 1).

Transparenz über Energieverbräuche in Sinumerik One verfügbar

Ctrl-E ist eine typische Funktion der Steuerung Sinumerik, von der der Anwender profitieren kann – vorausgesetzt, der OEM schafft die Voraussetzungen an der Maschine für den Zugriff. Dann bringt diese Funktion per Tastenkombination „Ctrl“ und „E“ Transparenz über den Energiebedarf der gesamten Maschine mit Haupt- und Neben­aggregaten. Auf dieser Basis lässt sich in der Anwendung beurteilen und ableiten, ob und wie man den Energieverbrauch in den Nebenzeiten optimieren kann. An einer Beispielmaschine ließen sich innerhalb eines Jahres 920 Kilowattstunden Energie einsparen, was etwa fünf Prozent des Energieverbrauchs durch die Grundlast der Maschine entspricht. Dieses Beispiel zeigt deutlich, wie sehr die Funktion als Verkaufsargument für OEMs taugt.

Schneller trotz weniger Energie

Energiesparen klingt immer etwas freudlos und nach Verzicht. Doch mit der Funktion „Optimize MyMachining /Adaptive Control“ lässt sich durch eine adaptive Vorschub­regelung mehr aus derselben Hardware herausholen. Dadurch kann man Bearbeitungsprozesse beschleunigen und gleichzeitig Energie einsparen. Dies hat ein Forschungsförderprojekt am Institut für Fertigungstechnik und Photonische Technologien (IFT) der TU Wien eindrucksvoll bewiesen: Allein durch den Einfluss der adaptiven Vorschubregelung konnten in einem definierten Versuchsaufbau samt Werkstück zwischen 20 und 25 Prozent an Zykluszeit im Bearbeitungsprozess und an Energie eingespart werden. Mit der Versuchsmaschine des Herstellers WFL (Bild 2) ließ sich ein Aluminiumwerkstück mit unterschiedlich tiefen Taschen schruppen. Die Maschine war mit Messgeräten bestückt, welche die Leistungen und damit Verbräuche der gesamten Maschine sowie einzelner Komponenten, zum Beispiel Achsen und Kühlsystem, aufzeichneten. Zusätzlich wurden über die CNC-Steuerung Sinumerik mit einem Trace-Modul die Wirkleistungen der Achsen und der Spindel gemessen.

„Die Bearbeitungsparameter, also Schnittgeschwindigkeiten, Vorschübe usw., wurden ganz bewusst branchenüblich gewählt. Wir haben das Schruppen des Werkstücks mit und ohne adaptiver Vorschubregelung verglichen und zudem die Auswirkung unter­schiedlicher axialer Schnitttiefen am Bauteil ausgewertet“, ­erklärt Peter Weissenböck, wissenschaftlicher Mitarbeiter an der ­TU Wien, der für die Versuche verantwortlich war. „Wir haben Optimize MyMachining /Adaptive Control maximalen Spielraum gegeben, sodass sich der Vorschub bis zum Maximalwert von 150 Prozent hochregeln ließ. Wie viel Zykluszeit und Energie wir dabei einsparen konnten, hat uns selbst überrascht.“

Klar ist, dass der Umfang der Einsparungen durch Opti­mierungen auf der Steuerungsebene von Maschine zu Maschine und von Werkstück zu Werkstück unterschiedlich sein wird. Jedoch lässt sich festhalten, dass es sich hier um eine Schruppbearbeitung handelte, die hinsichtlich Maschine, Werkstück und Bearbeitungsparametern in einem industrietypischen Setup durchgeführt wurde. Dr. Thomas Trautner, Assistenzprofessor und Forschungsgruppenleiter für Steuerungstechnik und integrierte Systeme am IFT der TU Wien, kommentiert die Ergebnisse folgendermaßen: „Am Ende geht es gar nicht darum, ob es jetzt 20 Prozent, ­25 Prozent oder vielleicht sogar nur 15 oder zehn Prozent sind. Im Vordergrund steht, dass wir nachweisen konnten: Hier existiert ein Hebel, mit dem sich auf einfache Weise sehr viel mehr aus der gleichen Hardware herausholen lässt. Denn wo gibt es das schon: So viel mehr Produktivität durch eine Software, die mitläuft?“

Sinumerik One: Produktivität und Nachhaltigkeit sind kein Widerspruch

„Optimize MyMachining /­Adaptive Control“ ist eine Funktion, die zeigt: Schneller muss nicht gleichbedeutend mit einem höheren Verbrauch sein; Produktivität und Nachhaltigkeit sind kein Widerspruch. Ein Teil des Geheimnisses, warum ein schneller produziertes Teil mit weniger statt höherem Energieverbrauch einhergehen kann, liegt in der verkürzten Zykluszeit, die auch die Grundlast reduziert: Sind die Einsparungen durch den verkürzten Fertigungsprozess groß genug, kommt man am Ende in Summe mit weniger Energie schneller zum gleichen Teil.

Die Liste der Funktionen, die das Werkzeugmaschinen-Portfolio von Siemens bietet, um energie- und ressourceneffizient zu fertigen – sei es über die Werkzeugmaschine selbst oder über die Produktion – ist lang und wurde in diesem Beitrag nur zu einem Bruchteil dargestellt. Egal, ob sich daraus ein Vorteil in der eigenen Produktion oder ein Verkaufsargument für eine Maschine ergibt, am Ende profitieren jedoch alle, wenn es nachhaltiger abläuft.

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