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Hart, aber smart

Energiemanagementsystem optimiert Härteanlagen

Das Härten von Bauteilen ist ein energieintensiver Prozess, selbst wenn nicht konventionell in Öfen, sondern induktiv durch hochfrequenten Wechselstrom gehärtet wird. Mit einem softwarebasierten Energiemanagementsystem sparen die Härteanlagen von Inductoheat bis zu 20 % Energiekosten ein. Außerdem dokumentiert und optimiert das System qualitätsbestimmende Prozessparameter. So lassen sich Probleme frühzeitig erkennen und Folgekosten vermeiden.

Im Reichenbach an der Fils, einer Gemeinde im Landkreis Esslingen, geht es sprichwörtlich hart zur Sache: Bei Inductoheat, einem Unternehmen der weltweit tätigen Inductotherm Group, fertigen 70 Mitarbeiter pro Jahr etwa 20 induktive Härteanlagen. Induktives Härten findet bei einer Vielzahl von Bauteilen wie Kurbelwellen, Getriebebauteilen, Schienenköpfen von Bahngleisen oder Großringlagern von Windkraftanlagen bei extrem hohen Temperaturen statt.

Hochfrequenter Wechselstrom induziert im elektrisch leitenden Bauteil Kurzschlussstrom, der in der Randschicht des Werkstückes das Material in wenigen Sekunden erwärmt und damit gezielt seine Eigenschaften verändert. Der folgende Abkühlprozess mit einer Wasser-Polymerlösung  „friert“ die gewünschte Materialstruktur ein. Der Prozess wird auf Bauteile von wenigen Gramm bis zu mehreren Tonnen Eigengewicht angewendet, woraus sich unterschiedlichste Anforderungen an Aufbau und Dimensionierung der Anlagentechnik, den Energieeinsatz und die Prozesszeiten ergeben. Obwohl es ein energieintensives Verfahren bleibt, spart es im Vergleich zu konventionellen Härteverfahren in Öfen bis zu 30 % Energie ein, da nur die Funktionsflächen und nicht das gesamte Bauteil in seinen Materialeigenschaften verändert werden.

Vom Gebäude in die Härteanlage

Seit vergangenem Jahr bietet Inductoheat seinen Kunden nun zusätzliches Energieeinsparpotential. Das Unternehmen implementierte erstmals das Energiemanagementsystem (EMS) Emsyst der R.I.E.MPP Industrieservice Elektrotechnik GmbH aus Oberboihingen bei Stuttgart in seine Anlagen. Bislang hatte dieses System primär dazu gedient, alle Energieerzeuger und -verbraucher in einem Gebäude bzw. Unternehmen zu verknüpfen. Denn das softwarebasierte System lässt sich so programmieren, dass etwa Lastspitzen gesenkt werden, eigenerzeugter Strom vorrangig verbraucht oder Verschwendung eliminiert wird. „Die Anwendungen sind nahezu beliebig“, sagt Geschäftsführer Friedrich Riempp, der sein System mittlerweile rund 140 Mal verkauft hat.

Das Grundprinzip ist immer dasselbe: Alle Verbrauchs- und Erzeugerquellen – also Maschinen, Gebäude sowie technische Einrichtungen einerseits und Heizungsbrenner, externer Strombezug, Fernwärme, BHKW, PV-Anlage oder Batteriesystem andererseits – kommunizieren untereinander und sind programmier- und steuerbar. Im Gebäudemanagement etwa von Shopping Malls, Autohäusern und Verwaltungen ist Emsyst schon lange im Einsatz und spart dort bis zu 40 % Kosten ein, weshalb sich die Investition oft schon unter einem Jahr amortisiert.

EMS kann mehr als nur Energie sparen

Aus solchen Anwendungen im Facility Management hatte auch Frank Andrä, der Geschäftsführer von Inductoheat, Emsyst gekannt. Im Dialog mit Riempp entstand die Idee, das Verfahren in eine Anlage hinein zu transferieren. „Wir wollten unsere Anlagen intelligenter und dialogfähiger mit dem Umfeld machen“, erläutert Andrä. Im Mittelpunkt stand, den Härteprozess qualitativ zu verbessern, die Anlage fernwarten zu können oder Verschleiß präventiv zu diagnostizieren. „Die Verbesserung der Energiebilanz war ein zweites Ziel“, ergänzt der Chef.

Die Softwarelösung erfasst und verarbeitet die in der Anlage bereits verfügbaren Daten und Signale des Härteverfahrens und der relevanten Maschinenparameter. Anhand dieser Ergebnisse können Faktoren gezielt beeinflusst und Energieeffizienz und Prozessrentabilität verbessert werden. Dies geschieht etwa an den für das Abkühlsystem notwendigen Förderpumpen. Diese laufen normalerweise im Dauerbetrieb. Nicht benötigte Abschreckemulsion während Belade- oder Aufheizvorgängen wird über einen Bypass abgeleitet. Obwohl eine solche Pumpe oft nur über 4 kW Anschlussleistung verfügt, verbraucht sie insgesamt im Dauerbetrieb bis zu 50 % der gesamten im Betrieb benötigten Leistung. Die Emsyst-Auswertung ergab, dass der Einsatz einer geregelten Pumpe, die nur zum eigentlichen Prozessschritt des Abkühlens ans Netz geht, viel Energie einspart.  Auch der Wirkungsgrad des Induktors, dem Werkzeug, das den hochfrequenten Wechselstrom ins Bauteil induziert, steigt, wenn er auf die Bauteilgeometrie abgestimmt wird.

Bessere Qualität und optimierte Prozesse

Inductoheat hat die Lösung auf der Metallbearbeitungsmesse EMO in Hannover im Oktober 2017 erstmals präsentiert und stieß auf sehr gute Resonanz. „Emsyst dient uns als plattformunabhängige Schnittstelle, die über Sensoren Daten erfasst, über Algorithmen auswertet und somit neue Daten und Erkenntnisse liefert, mit denen wir den Prozess gezielt optimieren und die Qualität verbessern können“, fasst Ändra den Nutzen des Systems zusammen. Die Kosten für Emsyst hängen vorrangig von der Anzahl der Messpunkte ab. Dessen Implementierung läuft parallel zur Montage einer Anlage und dem Bau des Schaltschranks, kann aber auch relativ einfach an bestehenden Anlagen nachgerüstet werden.

Von Leonhard Fromm


Weitere Informationen:
www.emsyst.de
www.inductoheat.eu