Modernisierung der Kühlanlagen bei 3M: Redundante Automatisierung erhöht Anlagenverfügbarkeit

Die Wettbewerbsfähigkeit industrieller Produktion hängt maßgeblich von der Effizienz und Verfügbarkeit der Anlagen ab. Bei 3M Technical Ceramics in Kempten wurde die zentrale Kühlwasseranlage modernisiert und durch redundante Automatisierungssysteme ergänzt. Ziel war, die häufigen Produktionsausfälle, die durch die Kühlwasserversorgung verursacht wurden, zu reduzieren und die Gesamtverfügbarkeit der Fertigungsprozesse zu steigern.

Bedeutung der Anlagenverfügbarkeit in der Industrie

Studien zeigen, dass selbst kurze Ausfälle erhebliche wirtschaftliche Konsequenzen haben. Im Jahr 2023 betrugen die durchschnittlichen Kosten eines Produktionsausfalls in der deutschen Industrie rund 300.000 EUR pro Stunde (IHK, 2023). Eine Steigerung der Anlagenverfügbarkeit um lediglich 1 % kann den Unternehmensgewinn um bis zu 5 % erhöhen. Diese Zahlen verdeutlichen, warum Unternehmen wie 3M in die Zuverlässigkeit ihrer Produktionsanlagen investieren.

• Durchschnittliche Ausfallkosten 2023: 300.000 EUR/h
• Potenzielle Gewinnsteigerung bei +1 % Verfügbarkeit: bis zu 5 %
• Hohe Priorität für Maßnahmen, die Ausfallzeiten minimieren

Retrofit als kosteneffiziente Modernisierungsstrategie

Ein Retrofit ermöglicht die Erneuerung bestehender Anlagen, ohne einen kompletten Neubau durchführen zu müssen. Im Jahr 2022 wurden durch Retrofits im Maschinenbau geschätzte 30 % Einsparungen im Vergleich zu Neubauten erzielt (Fraunhofer, 2022). Für 3M bedeutete dies, die bestehende Kühlwasserinfrastruktur zu optimieren, anstatt ein völlig neues System zu installieren.

• Kosteneinsparungen: ca. 30 % gegenüber Neubau
• Reduzierte Produktionsunterbrechungen während der Modernisierung
• Nachhaltige Nutzung vorhandener Anlagenkomponenten

Fallstudie: 3M Technical Ceramics in Kempten

Die Produktionsstätte von 3M Technical Ceramics fertigt keramische Formkörper und Pulver (Boride, Carbide, Nitride) für industrielle Anwendungen. Die Anlage ist seit über 20 Jahren in Betrieb, wobei die bisherigen Frequenzumrichter älterer Bauart durch Geräte der Siemens-Baureihe Sinamics G220 ersetzt wurden. Im Bereich der Pulverherstellung kam es wiederholt zu Produktionsausfällen, deren Ursache die Kühlwasserversorgung war. Durch einen gemeinsamen, offenen Kühlwasserkreislauf gelangten Sauerstoff und Verunreinigungen in das System, was zu Störungen in der Sinterung führte.

Die Modernisierung umfasste folgende Kernmaßnahmen:

• Einrichtung von zwei getrennten Kühlwasserkreisläufen für unterschiedliche Prozessbereiche
• Implementierung einer redundanten Automatisierung, bei der bei Ausfall eines Steuerungssystems automatisch ein alternatives System übernimmt
• Ersetzung der alten Frequenzumrichter durch Siemens Sinamics G220 für höhere Zuverlässigkeit
• Optimierung der Sensorik und Datenkommunikation, um frühzeitige Fehlermeldungen zu ermöglichen

Durch diese Maßnahmen wurde die Ursache für die wiederholten Ausfälle adressiert und die Grundlage für eine höhere Prozessstabilität geschaffen.

Ergebnisse und Kennzahlen nach der Modernisierung

Nach Abschluss der Modernisierung konnte die Anlagenverfügbarkeit auf 95 % (Stand 2023) gesteigert werden (Quelle S1). Der Stundensatz für Produktionsausfälle liegt seit 2021 bei 3.000 EUR (Quelle S2). Die redundante Automatisierung reduziert das Risiko eines kompletten Anlagenstillstands, da bei einem Systemausfall ein Backup-System die Produktion weiterführen kann.

• Anlagenverfügbarkeit 2023: 95 %
• Stundensatz für Ausfälle 2021: 3.000 EUR
• Reduzierte Ausfallhäufigkeit durch getrennte Kühlkreisläufe und redundante Steuerung

Risiken und Gegenmaßnahmen bei neuen Technologien

Der Einsatz neuer, redundanter Automatisierungssysteme birgt das Risiko von unerwarteten technischen Problemen und erhöht den Schulungsbedarf für das Betriebspersonal. Unternehmen sollten daher gezielte Trainingsprogramme und umfassende Testphasen einplanen, um die Zuverlässigkeit der neuen Systeme sicherzustellen.

• Technologische Anpassungen können unerwartete Probleme erzeugen
• Erhöhter Schulungsbedarf für Mitarbeiter
• Notwendigkeit von Test- und Validierungsphasen vor dem Live-Betrieb

FAQ zur redundanten Automatisierung

Was versteht man unter redundanter Automatisierung?Redundante Automatisierung bedeutet, dass Systeme so ausgelegt sind, dass sie bei Ausfällen durch alternative Systeme ersetzt werden können, um die Betriebszeit zu maximieren.

Fazit

Die Modernisierung der Kühlwasseranlage bei 3M Technical Ceramics demonstriert, wie ein gezielter Retrofit in Kombination mit redundanter Automatisierung die Anlagenverfügbarkeit signifikant erhöhen kann. Angesichts der hohen Kosten von Produktionsausfällen – durchschnittlich 300.000 EUR pro Stunde – und der Möglichkeit, durch eine Verfügbarkeitssteigerung von nur 1 % den Gewinn um bis zu 5 % zu erhöhen, ist die Investition in solche Modernisierungsmaßnahmen wirtschaftlich sinnvoll. Gleichzeitig zeigen die erzielten Einsparungen von bis zu 30 % gegenüber Neubauten, dass Retrofits eine nachhaltige und kosteneffiziente Alternative darstellen. Unternehmen sollten jedoch die mit neuen Technologien verbundenen Risiken, insbesondere Schulungsbedarf und mögliche Anfangsprobleme, aktiv managen, um den langfristigen Nutzen voll auszuschöpfen.