Simulationsgestützte Optimierung des elektrischen Energiebedarfs spanender Werkzeugmaschinen

Spanende Werkzeugmaschinen weisen ein hohes Potenzial zur wirtschaftlichen Steigerung ihrer Energieeffizienz auf. Auf Grund der Vielzahl von möglichen Optimierungsansätzen und mangelnder Instrumente zur Bewertung derselben wird oftmals das vorhandene Potenzial nicht in die Praxis umgesetzt. In dieser Arbeit wurde daher eine Methode entwickelt, die eine simulationsgestützte Optimierung des Energiebedarfs von spanenden Werkzeugmaschinen ermöglicht. Die Methode basiert auf Simulationsmodellen einzelner Maschinenkomponenten, die als relevant für den Energiebedarf identifiziert wurden. Mit Hilfe der Modelle kann sukzessive der Energiebedarf einzelner Baugruppen und schließlich der Gesamtmaschine berechnet werden. Durch die Abbildung der Maschinensteuerung wurde die Ansteuerung der Komponenten in verschiedenen Betriebszuständen modelliert. Die Fähigkeit des Steuerungsmodells, ein im DIN-ISO Code programmiertes Teileprogramm verarbeiten zu können, ermöglicht zudem die Prognose des Energiebedarfs eines spezifischen Bearbeitungsprozesses. Der Einfluss der durch den Bearbeitungsprozess hervorgerufenen Zerspankräfte auf den Energiebedarf findet durch ein entsprechendes Modell Berücksichtigung. Durch die Kopplung der Simulationsmodelle mit einem Optimierungsalgorithmus erfolgte eine automatisierte bedarfsgerechte Auslegung des Energiebedarfs der Baugruppen. Grundlage hierfür bildete die Analyse der Simulationsergebnisse, die zur Identifikation eines geeigneten Optimierungsansatzes führte. Die Untersuchung der mit der Optimierungsmaßnahme erzielbaren Wirkung auf den Energiebedarf wurde unter Nutzung der entwickelten Simulationsmodelle durchgeführt. Neben der Zielgröße „Energieeffizienz“ finden dabei weitere Randbedingungen, wie bspw. Amortisationszeiten, Beachtung.