Testablauf und Energiegewinnung sind nun eng verzahnt

Nach Informationen der Rockwell Automation GmbH in Haan

„Um Aussagen über die Langzeit-Zuverlässigkeit eines Motors zu erhalten, kommt es auf die fortlaufende, einheitliche und präzise Messung der Prüfzeit und der Betriebsparameter an“, berichtet Ray Matuszak, Leiter des Bereichs Prüftechnik bei Briggs & Stratton. Hier werden Prototypen und modifizierte Versionen der Verbrennungsmotoren, die später etwa in Rasenmähern oder Schneefräsen zum Einsatz kommen, detailliert geprüft. Zur Verfügung stehen dafür voll automatisierte Teststände, die in Zusammenarbeit mit Rockwell Automation entstanden – und darüber hinaus einen innovativen Vorteil bieten: Für das Werk wird hier Energie zurückgewonnen. Das Qualitätszentrum brachte dem Unternehmen schnell Auszeichnungen für ökologische Nachhaltigkeit ein.

Die Idee, die an den Prüfständen freigesetzte Energie zu nutzen, stand am Anfang der Überlegungen der Ingenieure von Briggs & Stratton. Denn die Kosten für die endlosen Dauerbelastungstests schlugen jährlich mit fast einer Million US-Dollar zu Buche. Über die Energierückgewinnung wollte man nach Möglichkeit Strom für den Betrieb der Fabrik erzeugen, um die Betriebskosten zu senken. Allerdings gab es zunächst Bedenken bezüglich der Umsetzung, da es ein entsprechendes System bis dato nicht gab und die Ingenieure damit eine nicht zu rechtfertigende Kostenexplosion fürchteten. Zusätzlich benötigte das Unternehmen ein automatisiertes Überwachungs- und Datenerfassungssystem mit maßgefertigten Funktionen zur Visualisierung und Nachverfolgung der Messdaten, die zuvor manuell in entsprechende Formulare eingetragen wurden.

Techniker von Briggs & Stratton sowie Rockwell Automation entwickelten daraufhin in enger Zusammenarbeit eine Lösung nicht nur für die Datenerfassung, sondern auch für die Energierückgewinnung. Die so gewonnene Elektrizität sollte in der Fabrik genutzt und gleichzeitig eine reibungslose und sichere Anbindung an das öffentliche Stromnetz hergestellt werden. Dazu bezog man auch den örtlichen Energieversorger (EVU) mit ein, um einen sicheren Energiefluss in beide Richtungen zu ermöglichen.

Das Pilotprogramm mit zwölf Prüfständen, die für unterschiedliche Motortypen und Grenzlasten ausgelegt waren, ging im Februar 2011 in Betrieb. Jeder Prüfstand ist mit einem Wechselstrommotor und einem Frequenzumrichter des Typs Allen-Bradley PowerFlex 700 ausgestattet. Die Antriebe laufen zunächst mit einer vorgegebenen Drehzahl, um den Verbrennungsmotor zu starten. Hat der Benzinmotor Drehzahl aufgenommen, belastet der Elektromotor ihn mit einem definierten Moment in Abhängigkeit von der Nennleistung des Prüflings. Alternativ kann das System von den Bedienern vorgegebene, komplexe Betriebszyklen mit wechselnden Belastungen und Drehzahlen durchfahren.

Das Energie-Rückgewinnungssystem erzeugt auf diese Weise Elektrizität aus der von den Verbrennungsmotoren abgegebenen Arbeit. Die Elektromotoren der zwölf Prüfstände speisen ihre Energie dazu in einen gemeinsamen Gleichspannungs-Zwischenkreis ein, aus dem wiederum eine netzsynchrone Wechselspannung zur Einspeisung in das werksinterne Netz generiert wird. So muss weniger Elektrizität vom EVU bezogen werden.

Sechs Schaltschränke dienen einerseits der Vor-Ort-Steuerung der Antriebe bei der Einrichtung und haben andererseits Verbindung zu bis zu sechs Thermoelementen pro Motor. Die Daten, mit denen der Zustand der Prüflinge überwacht wird und mögliche Störungen diagnostiziert werden – beispielsweise Testdauer, verschiedene Temperaturwerte, Generatorspannung sowie Motordrehzahl und -moment –, werden per Ethernet an das programmierbare Automatisierungssystem des Typs Allen-Bradley ControlLogix übertragen. Mit Hilfe der Software FactoryTalk View von Rockwell Automation haben die Mitarbeiter die Möglichkeit, wichtige Echtzeit-Informationen über die Belastung, die Drehzahl und die Temperatur des Prüflings, die Testdauer oder den Ölverbrauch auf beliebigen Industrie-PCs im Labor zu visualisieren. Erfasst werden die Daten mit der Software FactoryTalk Historian, die weitergehende Analysen ermöglicht.

Briggs & Stratton investierte außerdem in die Software RSEnergyMetrix. Diese Web-basierte Applikation dient der Aufzeichnung und Analyse von Energieverbrauchsdaten, sowohl in einer einzelnen Fertigungsstätte als auch an mehreren Standorten. Das Energiemanagement-Team des Motorenbauers verwendet sie zum Einholen von Informationen über den Strom-, Gas- und Dampfverbrauch mit Hilfe der PowerMonitore von Rockwell Automation, die an mehreren Stellen des Firmengeländes installiert sind. Die zuständigen Energiemanager können in RSEnergyMetrix auf diese Informationen zugreifen und die Energieverbrauchs-Trends dokumentieren. Wichtige Verbrauchs-Aspekte lassen sich auf diese Weise identifizieren. „Die Investitionen in die Software erwiesen sich als absolut sinnvoll, um unseren Energieverbrauch zu erfassen und die Einsparungen nachzuverfolgen“, betont Richard Feustel, Corporate Energy Services Manager bei Briggs & Stratton. „Zuvor lieferten nur die Stromrechnungen Angaben zu unserem Energieverbrauch.“

Jährlich erzeugt das Qualitätszentrum mit Hilfe des Energie-Rückgewinnungssystems nun 556.000 kWh elektrische Energie – was die Betriebskosten bei Briggs & Stratton senkt und zugleich die Umwelt entlastet. „Das war für die Amortisation des Projekts entscheidend“, betont Ray Matuszak. Daneben komme aber den neuen automatisierten Datenerfassungs- und Steuerungsfunktionen die gleiche Bedeutung zu. „Durch die verbesserte Prüfgenauigkeit konnten wir die Datenerfassung gegenüber den traditionellen, eher groben Methoden rationalisieren – wir erkennen jetzt sofort, ob ein Motor korrekt arbeitet oder ein Test falsch konfiguriert wurde.“ Produktivität und Effizienz profitieren ebenfalls von dem neuen System.

Darüber hinaus weitet das Unternehmen die Nutzung der RSEnergyMetrix-Software aus, um deren Fähigkeiten zum Verfolgen, Analysieren und Visualisieren der Energieverbrauchsdaten über mehrere Standorte hinweg zu nutzen. So wurden etwa im Werk Milwaukee ein Dutzend PowerMonitor-Einheiten installiert. Schon bald sollen fünf Monitor-Einheiten im Werk Murray in Kentucky folgen und für die nächsten fünf Jahre ist beabsichtigt, die zehn weiteren Fertigungsstätten des Unternehmens auf der ganzen Welt entsprechend auszurüsten. „Mit dem System können wir die Werte anderer Fabriken sichten und unseren Verbrauch und unsere Ausgaben im gesamten Unternehmen verfolgen“, freut sich Feustel. „Die Erweiterung dieses globalen Dashboards von Rockwell Automation ist denkbar unkompliziert und macht es uns noch einfacher, unsere Nachhaltigkeit weiter zu steigern.“ co

Das Qualitätszentrum von Briggs & Stratton liefert über das Energie-Rückgewinnungssystem jährlich 556.000 kWh elektrische Energie – genug, um in den USA 48 Haushalte damit zu versorgen. Die Energie wird in das interne Netz des Werks eingespeist, woraus sich das Unternehmen eine jährliche Kostenersparnis von 50.000 US-Dollar erhofft. Ein weiteres Umweltplus: Die allein durch die zwölf Teststände erzeugte Energie reduziert den Treibhausgasausstoß um 442 t jährlich. Das Qualitätszentrum des Unternehmens wurde branchenweit auf Grund dieser innovativen Technik für seine Nachhaltigkeit ausgezeichnet. So erhielt das Unternehmen unter anderem den Environmental Innovation Award des Verbandes ‚Wisconsin Manufacturers and Commerce‘ sowie einen finanziellen Zuschuss durch das Förderungsprogramm des ‚Focus-on-Energy-Programms‘ des Staates Wisconsin.