Energieeinsparung bei der Vakuumerzeugung zum Spannen von Alu-Blechen

Nordenham, Deutschland Die Fertigung von hochpräzisen Flugzeugbauteilen aus Leichtmetall ist eines der Aufgabenfelder der A&T Unternehmensgruppe. Dabei werden Aluminiumbleche von 0,3 bis 8 Millimetern Stärke und bis zu sieben Metern Länge bearbeitet. Zum Fräsen der Bleche auf zwei 5-Achsen-Fräsmaschinen werden die bereits gebogenen Bleche mit Vakuumsaugern auf den Bearbeitungstischen gehalten. Für die Erzeugung des Vakuums für beide Fräsmaschinen sorgt ein Vakuumsystem von Busch Vacuum Solutions mit drei R5 Drehschieber-Vakuumpumpen. Durch den Aufbau und die druckabhängige Steuerung des Vakuumsystems arbeitet dieses äußerst energieeffizient und sorgt für das zuverlässige Halten der Alu-Bleche beim Umrissfräsen.
Fig. 1: Konturgefräste Flugzeugteile aus vorgeformten Leichtmetallblechen. Source: A&T Manufacturing
Fig. 1: Konturgefräste Flugzeugteile aus vorgeformten Leichtmetallblechen. Source: A&T Manufacturing

Die A&T Unternehmensgruppe wurde im Jahr 2007 gegründet und bietet mit ihrem Netzwerk an eigenen Firmen verschiedene Produkte und Dienstleistungen an. Neben den Flugzeugbauteilen aus Leichtmetall (Fig. 1) fertigt A & T in Serienproduktion Dekorprofile in unterschiedlichen Geometrien für die Innenausstattung von Flugzeugen. Des Weiteren stellt A&T passgenaue Glasfaser- und Carbonzuschnitte für die Herstellung von Rotorblättern von Windenergieanlagen her. An mehreren Standorten in Deutschland ist A&T auch im Bereich Logistik tätig. 

Die A&T Manufacturing am Firmenhauptsitz in Nordenham hat sich auf die Verarbeitung von Aluminium für den Flugzeugbau spezialisiert und fertigt komplexe Strukturbauteile unter Einhaltung höchster Präzision und Qualitätsansprüche für die zivile Luftfahrt. Zur Verarbeitung kommen Bleche aus Aluminium beziehungsweise Aluminium-Legierungen oder Titan. Plane Bleche werden auf 3-Achsen-Fräsen auf den Bearbeitungstischen flächengefräst. Jede der Maschinen kann 2,8 breite und bis 10 Meter lange Bleche fräsen. Gehalten werden die Bleche mit Hilfe von Vakuum. Die Bleche werden über Öffnungen in den Bearbeitungstischen angesaugt und sicher und unverrückbar gehalten. Das Vakuum wird von je zwei MINK Klauen-Vakuumpumpen von Busch erzeugt. Diese trockenen, also betriebsmittelfreien Vakuumpumpen arbeiten druckgesteuert und sind frequenzgeregelt.

Technisch aufwändiger gestaltet sich das Umrissfräsen von bereits in Form gewalzten oder streckgezogenen Blechen, die beispielsweise dem Radius eines Flugzeugrumpfes entsprechen. Da ein planes Aufliegen auf dem Bearbeitungstisch nicht möglich ist, wird mit höhenverstellbaren Vakuumsaugern gearbeitet. Diese werden exakt auf der vorgegebenen Position auf dem Bearbeitungstisch angebracht und in der Höhe dem geformten Blechteil angepasst.
Das Vakuumsystem von Busch (Fig. 2) hat dabei die Aufgabe, das voreingestellte Vakuumniveau genau einzuhalten. Dieses Vakuumniveau ist so programmiert, dass es zum einen ausreichend hoch ist, um das Blech beim Fräsen sicher zu halten, und zum anderen nicht zu hoch ist, so dass sich das Blech womöglich verziehen oder verbiegen könnte. Da teilweise Bleche von nur 0,3 Millimetern Stärke und bis zu sieben Metern Länge bearbeitet werden, ist das eingestellte Vakuumniveau ein wichtiger Parameter für die Qualität und Präzision der Bauteile.


Fig. 2: Zentrale Vakuumversorgung mit drei R5 Drehschieber-Vakuumpumpen von Busch. Source: Busch Vacuum Solutions

An den beiden Fräsmaschinen waren zuvor je eine veraltete Drehschieber-Vakuumpumpe eingesetzt, die während der gesamten Betriebszeit voll durchliefen. Bei einem Drei-Schicht-Betrieb und einer Fünf-Tage-Woche kamen so pro Jahr für die beiden 7,5 Kilowatt-Motoren etwa 85.000 Kilowattstunden zusammen. Dies war für Fertigungsleiter Leenert Folkens Grund genug, sich um eine energieeffizientere Vakuumversorgung zu bemühen. Aufgrund der guten Erfahrungen mit den Busch Vakuumpumpen an den anderen Fräsmaschinen beriet er sich mit einem Vakuumexperten von Busch. Die Entscheidung fiel auf ein Vakuumsystem mit drei R5 Drehschieber-Vakuumpumpen. Diesem System vorgeschaltet ist ein Pufferbehälter mit einem Volumen von 1.000 Litern. Damit werden beide Fräsmaschinen druckabhängig mit Vakuum versorgt. Die Steuerung ist so aufgebaut, dass im Pufferbehälter das voreingestellte Vakuumniveau permanent gehalten wird. Beim Start der Anlage läuft nur die erste Vakuumpumpe an. Hat diese nach 60 Sekunden das Vakuumniveau nicht erreicht, schaltet die zweite Vakuumpumpe zu. Ist das Vakuumniveau nach weiteren 60 Sekunden noch immer nicht erreicht, wird die dritte Vakuumpumpe automatisch zugeschaltet. Die Steuerung arbeitet so, dass die Reihenfolge der Vakuumpumpen sich alle zwei Tage ändert. Somit ist sichergestellt, dass alle drei Vakuumpumpen auf die gleichen Betriebszeiten kommen. Dies ist wichtig, so Leenert Folkens, weil in aller Regel nur eine Vakuumpumpe in Betrieb ist, da deren Leistung für beide Fräsmaschinen ausreicht. Zwei oder gar alle drei Vakuumpumpen kommen nur zum Einsatz, wenn zufällig beide Fräsmaschinen gleichzeitig nach einer Umrüstung angefahren werden. 

Durch die Steuerung ist es also möglich, die Leistung des Vakuumsystems dem tatsächlichen Bedarf anzupassen. Jede der drei Vakuumpumpen hat ein Saugvermögen von 300 Kubikmetern pro Stunde. Das maximale Saugvermögen beträgt also 900 Kubikmeter pro Stunde.
In der täglichen Praxis läuft eine der drei R5 Drehschieber-Vakuumpumpen alle 5,5 Minuten für ungefähr 30 Sekunden. Dies reicht üblicherweise aus, um im Vakuumbehälter das gewünschte Vakuumniveau zu halten beziehungsweise genügend Unterdruck an den Vakuumsaugern an beiden Fräsmaschinen zu gewährleisten. Dies ergibt eine Laufzeit einer Vakuumpumpe von circa fünf Minuten pro Stunde. Rechnet man unter der Berücksichtigung des Anfahrbetriebs und der damit verbundenen längeren Laufzeit anstelle von fünf Minuten mit einer durchschnittlichen Laufzeit von 10 Minuten pro Stunde ergibt dies einen jährlichen Stromverbrauch von ungefähr 7.100 Kilowattstunden. Verglichen mit dem Stromverbrauch von 85.000 Kilowattstunden zuvor entspricht dies einer jährlichen Ersparnis von 77.900 Kilowattstunden oder über 90 Prozent. Mit der Entscheidung für ein zentrales Vakuumsystem hat Leenert Folkens sein Ziel der Energieeinsparung perfekt erfüllt. Außerdem hat er jetzt eine redundante Vakuumversorgung, die auch beim Ausfall einer Vakuumpumpe keine Auswirkung auf die Spannvorrichtungen an den Fräsmaschinen hätte. Auch die Wartung der Vakuumpumpen kann jetzt ohne Produktionsstopp an den Fräsmaschinen durchgeführt werden. Neben der massiven Energieeinsparung hat er also auch eine äußerst betriebssichere Lösung gefunden.


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