In Deutschland Fortschritt produzieren

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1 Innovationsplattform Ressourceneffizienz in der Produktion In Deutschland Fortschritt produzieren Standortvorteile schaffen ressourcen schonen arbeitsplätze sichern Eine gemeinsame Initiative von BMBF und VDMA

2 Impressum Bestellung: Forschungskuratorium Maschinenbau e.v. (FKM) im VDMA Lyoner Straße Frankfurt am Main Redaktion: Dr. Claudia Rainfurth (FKM), Frankfurt am Main Dr. Claudia Weise (rubicondo), Eppstein Gestaltung: Sundermeier Grafik, Mannheim Druck: Gruber Druck und Medien, Walldorf Bildnachweis: Titelmotiv: SCHUNK GmbH & Co. KG BMBF VDMA Wolfram Sundermeier Oktober 2010

3 Inhaltsverzeichnis Seite Kapitel Grußworte Effizienzfabrik Innovationsplattform Ressourceneffizienz in der Produktion Angebot der Effizienzfabrik Partner der Effizienzfabrik Überblick über die Verbundprojekte Portraits der Einzelprojekte Effiziente Fertigungs- und Verfahrenstechnik: Neue Technologien Effiziente Fertigungs- und Verfahrenstechnik: Simulation und Bewertung Effiziente Produktionsmaschinen und -anlagen Fertigungsbedingte Produkteigenschaften Funktionale Oberflächen Überblick über die Verbundprojektpartner 33

4 Grußwort Am Weltmarkt die Nase vorn durch effiziente Ressourcennutzung Dr. Georg Schütte Staatssekretär im Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) Mit der Hightech-Strategie der Bundesregierung hat sich das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) zur globalen Verantwortung der Technologienation Deutschland für den Klimaschutz bekannt. Hierfür müssen die entsprechenden Technologien weiterentwickelt und zukunftsfähig gemacht werden, um mit qualitativ hochwertigen Produkten im globalen Wettbewerb zu punkten. Um dies zu erreichen, ist die Einführung innovativer energie- und materialeffizienter Lösungen unter Berücksichtigung der gesamten Produktionsprozesskette sowie des gesamten Produktlebenszyklus notwendig. Das BMBF investiert deshalb mehr als 65 Millionen Euro in die Forschung und Entwicklung ressourceneffizienter Produktionstechnologien. Gefördert werden Forschungseinrichtungen, Unternehmen der Fertigungs- und Verfahrenstechnik, Produktionsausrüster und nicht zuletzt Anwender der Technologien und Produktionsausrüstungen selbst. Ein Energieeinsparpotenzial von bis zu 30 Prozent soll dabei erzielt werden. Hierzu bedarf es einer raschen und umfassenden Umsetzung der Forschungsergebnisse in die produzierenden Unternehmen. Deshalb haben BMBF und der Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA) gemeinsam die Innovationsplattform Effizienzfabrik ins Leben gerufen. Gerade der Ergebnistransfer in die klein- und mittelständischen Betriebe (KMU) ist von essenzieller Bedeutung, denn sie bilden das Rückgrat des international attraktiven Produktionsstandorts Deutschland. Dieses Ziel schlägt sich auch in der Zusammensetzung der Partner in den vom BMBF geförderten Verbundvorhaben nieder. Hier arbeiten Forschungsinstitute mit Großunternehmen und einer Vielzahl KMU zusammen. Die 31 Verbundvorhaben, die in dieser Broschüre vorgestellt werden, sind dafür ein gutes Beispiel. Die Effizienzfabrik sorgt für die Zukunft der Produktion in Deutschland, indem sie ein Netzwerk aus Wirtschaft, Wissenschaft und Politik im Bereich Ressourceneffizienz in der Produktion aufbaut. 4

5 Grußwort Deutscher Maschinen- und Anlagenbau Schlüsselindustrie für Ressourceneffizienz Knappe Ressourcen und Klimawandel heizen die globale Nachfrage nach innovativen ressourceneffizienten Technologien an. Der deutsche Maschinen- und Anlagenbau hat diesen Megatrend seit langem erkannt. Und so tragen Maschinenbau-Lösungen schon jetzt nahezu 30 Prozent zum Erreichen der gesamten deutschen Kyoto-Einsparverpflichtung bei. Sie entkoppeln das Wachstum von erhöhtem Energieverbrauch: um rund ein Drittel hat das produzierende Gewerbe in Deutschland zwischen 1995 und 2006 zugelegt. Und trotzdem gelang es, den industriellen Energiebedarf konstant zu halten. Ohne innovative Technologien und allen voran Maschinenbau-Technologien wäre der Energiebedarf der Industrie dagegen um 20 Prozent gestiegen. Um Klimaschutz und Ressourceneffizienz im produzierenden Sektor voranzubringen, ist ein intelligentes Zusammenspiel in branchenübergreifenden Netzwerken, aber auch ein enger Austausch mit Wissenschaft und Politik erforderlich. Davon lebt die deutsche Produktionstechnologie und genau an diesem Punkt für Innovation setzt die Effizienz fabrik eine gemeinsame Initiative von VDMA und BMBF an. Sie bildet das Dach für 31 geförderte Verbundvorhaben des BMBF- Förder schwerpunkts Ressourceneffizienz in der Produktion und sorgt dafür, dass die Forschungsergebnisse bei potenziellen Anwendern ankommen. Die Effizienzfabrik steht deshalb für eine zentrale Innovations maxime des VDMA: nämlich für die enge Verzahnung von industrieller und wissenschaftlicher Forschung. Diese Maxime prägt auch die ausgezeichnete Zusammenarbeit mit dem BMBF, die bereits gemeinsame Erfolgs projekte wie die europäische Technologieplattform MANUFUTURE oder die Innovationsplattform für präventiven Plagiatschutz ConImit hervorgebracht hat. Dr. E.h. Manfred Wittenstein Past-Präsident des Verbands Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e.v. (VDMA) Diese Broschüre vermittelt ein eindrucksvolles Bild von der Vielfalt und den technischen Möglichkeiten einer ressourceneffizienten Produktion entlang der gesamten Wertschöpfungskette. Lernen Sie die Effizienz fabrik als ein herausragendes Beispiel dafür kennen, wie Wissen, Technologie und Innovationen des Maschinen- und Anlagenbaus in Deutschland Fortschritt produzieren. 5

6 Dach für 31 Verbundvorhaben und Expertentreffpunkt Effizienzfabrik Innovationsplattform Ressourceneffizienz in der Produktion Die Effizienzfabrik kommuniziert die neuesten Forschungsergebnisse der 31 Verbundprojekte des BMBF-Förderschwerpunkts Ressourceneffizienz in der Produktion. Die Ergebnisse der Projekte und der Umfeld analyse werden einer Vielzahl von Industrieunternehmen zugänglich gemacht. Der Netzwerkgedanke ist deshalb das Leitmotiv der Effizienzfabrik. Dabei steht der Austausch zwischen den Projektkonsortien sowie mit den nicht geförderten Unternehmen im Mittelpunkt. Die projektübergreifende Analyse der Forschungs projekte stellt einen weiteren Schwerpunkt der Aktivitäten dar. Hierbei geht es vor allem darum, Synergiepotenziale zu identifizieren und Forschungsergebnisse zu bündeln, um auf diese Weise ganzheitliche Lösungen für eine ressourceneffiziente Produktion zu erarbeiten. Neben innova tiven Technologien in allen Bereichen der Produktion sind Energiemanagementsysteme und Bewertungsmethoden weitere Beispiele dafür, wie der Effizienzgedanke in allen Wertschöpfungsstufen Eingang finden kann. 6

7 Information Ergebnistransfer Netzwerk Informationen rund um das Thema Ressourcen effizienz in der Produktion : Die Effizienz fabrik ist zentraler Anlaufpunkt, um sich über aktuelle Trends und Termine sowie über technische Details zur Produktionsforschung im Bereich Ressourceneffizienz zu informieren. Unterstützung des Ergebnistransfers aus den Forschungs projekten in eine Vielzahl produzierender Unternehmen: Die in den Verbundprojekten erzielten Ergebnisse werden durch vielfältige Transfermaßnahmen begleitet. Potenzielle Anwender finden so schneller zu den Projekten und Lösungen, die ihnen bei ihren Fragestellungen weiterhelfen. Netzwerk aus Industrie, Wissenschaft, Politik und Öffent lichkeit: Durch eine Vielzahl von branchenund themenspezifischen Veranstaltungen bringt die Effizienz fabrik die Experten der Produktionsforschung zusammen und dient als Plattform für einen regen Erfahrungsaustausch. 7

8 Vielfältige Aktivitäten rund um die ressourceneffiziente Produktion Angebot der Effizienzfabrik Effizienzradar Internet und Newsletter Nicht nur die Effizienzfabrik beschäftigt sich mit effizienten Produktions methoden. Unser Effizienzradar informiert darüber, was Andere in diesem Bereich tun. Das Fraunhofer Institut für System- und Innovationsforschung (ISI) stellt dazu interessante Informationen zu folgenden Themen zusammen: Studien und Veröffentlichungen (Publikationen aus Industrie und Wissenschaft) Projekte (Forschungsvorhaben für ressourceneffiziente Produktionstechnologien auf nationaler und europäischer Ebene) Andere Initiativen (Plattformen und Netzwerke, die sich ebenfalls mit Ressourceneffizienz in der Produktion beschäftigen) Der Newsletter informiert über die Aktivitäten der Effizienzfabrik, Interessantes aus den 31 Verbundprojekten und weitere Neuig keiten rund um die ressourceneffiziente Produktion. Die Informationen sind auch im Internet verfügbar, wo neben aktuellen Themen ein anschaulicher Überblick über das Angebot der Effizienzfabrik geboten wird. 8

9 Eröffnungsveranstaltung der Effizienzfabrik am 27. Januar 2010 in Berlin Veranstaltungen Die Effizienzfabrik ist ein Netzwerk mit Partnern aus Industrie, Wissenschaft, Politik und Öffentlichkeit. Auf unseren Veranstaltungen treffen sich die Experten der Produktionsforschung und nutzen die Gelegenheit zum Erfahrungsaustausch. Rückblick Über 300 engagiert diskutierende Teilnehmer machten die Eröffnungsveranstaltung der Effizienzfabrik am 27. Januar 2010 zu einem mitreißenden Erlebnis. Thematisch konzentrierte Tagungen und Workshops setzen auf diesem Auftakt auf. Aktuelle Termine finden Sie unter: 9

10 Kooperation zwischen Wissenschaft und Wirtschaft ist das Leitmotiv Partner der Effizienzfabrik Der VDMA unterstützt den Transfer der Forschungsergebnisse in die Breite der produzierenden Unternehmen und hat die Gesamtprojektleitung der Effizienzfabrik. Das Fraunhofer ISI ist für die wissenschaftliche Begleitung der Effizienzfabrik verantwortlich und informiert die Verbundprojektpartner regelmäßig über Neuigkeiten aus dem Umfeld der ressourceneffizienten Produktion. Der PTKA betreut die Effizienzfabrik im Rahmen des BMBF- Förderschwerpunkts Ressourceneffizienz in der Produktion und berät das Projektteam bei administrativen und fachlichen Themen. Dr. Claudia Rainfurth Projektleiterin der Effizienzfabrik, Forschungs kuratorium Maschinenbau e.v. im VDMA Die Effizienzfabrik bringt Wissenschaft und Wirtschaft zusammen, damit wir auf dem Weg zur ressourceneffizienten Produktion zügig voran kommen. Der VDMA (Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e.v.) vertritt vorrangig mittelständische Mitgliedsunternehmen der Investitionsgüterindustrie und ist damit einer der mitgliederstärksten und bedeutendsten Industrieverbände in Europa. Mit einem Umsatz von rund 160 Milliarden Euro (2009) und Beschäftigten im Inland gehört der Maschinen- und Anlagenbau zu den größten Branchen und wichtigsten Arbeitgebern in Deutschland. Im VDMA bildet sich die gesamte Prozesskette ab - von der Komponente bis zur Anlage, vom Systemlieferanten über den Systemintegrator bis zum Dienstleister. 10

11 Dr. Marcus Schröter Inhaltliche Begleitung und Effizienz radar, Fraunhofer Institut für System- und Innovationsforschung (ISI) Die Effizienzfabrik hilft, Synergien zwischen den Verbundprojekten zu identifizieren und neue Impulse für die Forschungs aktivitäten zu geben. Michael Petzold Ansprechpartner für die Effizienzfabrik bei Projektträger Karlsruhe (PTKA) Das ist ein wichtiger Beitrag zum Technologie- und Ergebnistransfer im Bereich Produktions forschung. Ein gutes Miteinander von Verbundprojekten und Effizienzfabrik sichert das Gelingen der Maßnahme. Das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI analysiert die Rahmenbedingungen von Innovationen. Es erforscht die kurz- und langfristigen Entwicklungen von Innovationsprozessen und die gesellschaftlichen Auswirkungen neuer Technologien und Dienstleistungen. Auf dieser Grundlage werden den Auftraggebern aus Wirtschaft, Politik und Wissenschaft Handlungsempfehlungen und Perspektiven für wichtige Entscheidungen zur Verfügung gestellt. Die ISI-Expertise liegt in der breiten wissenschaftlichen Kompetenz sowie einem interdisziplinären und systemischen Forschungsansatz. Der Bereich Produktion und Fertigungstechnologien (PTKA-PFT) betreut für das Bundesministerium für Bildung und Forschung das Rahmenkonzept Forschung für die Produktion von morgen. Das Aufgabenspektrum erstreckt sich von der Mitarbeit bei der Konzeption und Gestaltung des Programms und einzelner Verbundprojekte über die fachbezogene und administrative Projekt-Beratung und das Projekt-Controlling bis hin zur Unterstützung der Projektpartner bei der Verbreitung und Umsetzung der Forschungsergebnisse. PTKA ist in das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) integriert. 11

12 Forschen entlang der gesamten Wertschöpfungskette Überblick über die Verbundprojekte Effiziente Fertigungs- und Verfahrenstechnik: Neue Technologien Ohne Fertigungs- und Verfahrenstechnik ist eine industrielle Produktion undenkbar. Längst bestimmen Rohstoff- und Energie kosten maßgeblich den Preis des Endprodukts. Durch effiziente Technologien des Maschinen- und Anlagen baus sind heute im Vergleich zu vor zehn Jahren jährliche Energiekosten einsparungen in Höhe von 6,7 Milliarden Euro möglich. Der Anteil der Energiekosten liegt in vielen Branchen immer noch weit über zehn Prozent, so dass auch zukünftig hohe Einsparpotenziale vorhanden sind. Effiziente Fertigungs- und Verfahrenstechnik: Simulation und Bewertung Große Potenziale für eine energie- und ressourcenschonende Fertigungs- und Verfahrenstechnik liegen in der ganzheitlichen Betrachtung, Bewertung und Entwicklung der komplexen Prozessketten. Auf diese Weise können Energiekostentreiber identifiziert und optimiert werden. Transparenz über Verbräuche und Simulationsmodelle sind ferner die Basis dafür, moderne Energiemanagement-Methoden erfolgreich einzuführen. Effiziente Produktionsmaschinen und -anlagen Die Zeiten, in denen Produktionsmaschinen und Produktionsanlagen als Effizienz-Black-Box angesehen wurden, sind vorbei. Die integrierte und detaillierte Betrachtung von Kernkomponenten und Baugruppen trägt wesentlich zur Effizienzsteigerung in der Produktion bei. Eine aufeinander abgestimmte Fahrweise sowie technologische Verbesserungen sind mögliche Maßnahmen. Ansprechpartner bei PTKA-PFT Dipl.-Ing. Rüdiger Sehorz Tel.: Dr. Alexander Lucumi Tel.: Dipl.-Ing. Rüdiger Sehorz Tel.: Dipl.-Ing. Michael Petzold Tel.:

13 Fertigungsbedingte Produkteigenschaften Aufgrund komplexer Anforderungen an Produkte wie beispielsweise Getriebewellen oder Turbinenschaufeln ist es wichtig, bereits während der Fertigung die Weichen für unterschiedlichste Produkteigenschaften so zu stellen, dass sich Bauteil- bzw. Produkt funktionalitäten verbessern und der spätere Einsatz effizienter erfolgen kann. Dazu sind flexible, integrative und effiziente Fertigungsprozesse unabdingbar. Funktionale Oberflächen Funktionale Oberflächen bestimmen wesentlich die Verschleiß- und Reibungseigenschaften der Produkte. Diese Eigenschaften sind wiederum von großer Bedeutung, wenn es um die Erhöhung der Effizienz der Produkte in deren Nutzungsphase geht. Die gezielte Beeinflussung der Oberflächeneigenschaften durch lokale Mikro- und Nanostrukturierung der Bauteiloberflächen erweitert außerdem die Funktionalität von Produkten. Dipl.-Ing. Mischa Leistner Tel.: Dipl.-Ing. Stefan Scherr Tel.:

14 200 Partner 31 Projekte 1 ziel In deutschland fortschritt produzieren

15 Inhaltsverzeichnis Verbundprojekte Seite Kapitel Effiziente Fertigungs- und Verfahrenstechnik: Neue Technologien EcoRepair EffiPressOr ENERMASS ENITEC ENTEX INTEK LaFueSol Effiziente Fertigungs- und Verfahrenstechnik: Simulation und Bewertung BEAT ENERWELD EnHiPro e-simpro ProGRess rebop ReVista ZuPrEff Effiziente Produktionsmaschinen und -anlagen EnergieMSP EWOTeK NCplus Fertigungsbedingte Produkteigenschaften EFFICOAT FlexWB FunkProMikro KAMASS PlanPP SPRAYFORMING Funktionale Oberflächen LOKEDEL NANODYN Nanoefficiency ODPat OPTILIGHT P3T Smartsurf 15

16 EcoRepair In der Herstellung von Sanitärkeramik konnte der vergleichsweise hohe Energieverbrauch bereits durch moderne Verfahrenstechniken wie den Druckguss gesenkt werden. Für die Reparatur von Glasurfehlern, die in der Produktion von Sanitärkeramik zwangsläufig auftreten, ist jedoch nach wie vor ein hoher zusätzlicher Energieaufwand erforderlich. Die Entwicklung neuartiger Reparaturwerkstoffe und Brennöfen soll die Energieeffizienz deutlich erhöhen. Glasartige Beschichtungen und sogenannte Nanobinder härten bei deutlich niedrigeren Temperaturen aus als herkömmliche Glasuren und eignen sich damit hervorragend als ressourcen schonende Werkstoffe für die Keramikreparatur. Die Materialeigenschaften werden im Rahmen des Projekts sukzessive optimiert. Ergänzend erfolgt die Entwicklung einer Thermoprozessanlage für das Niedertemperatursintern, so dass insgesamt circa 30 Prozent weniger Energie benötigt wird als beim herkömmlichen Fertigungsprozess für Sanitärkeramik. Mit der Kombination aus neuartigen Materialien und dem darauf abgestimmten Thermoprozess könnte allein am Standort des Industriepartners der jährliche Energiebedarf um bis zu 15 Gigawattstunden verringert und damit der CO 2 -Ausstoß um etwa Tonnen gesenkt werden. Klimaschutz beginnt im Badezimmer mit Sanitärkeramik aus fehlerfreiem Guss Laufzeit: Villeroy & Boch AG, Mettlach Dipl.-Chem. Thomas Agné Tel.: agne.thomas@villeroy-boch.com Dr. Alexander Lucumi Tel.: alexander.lucumi@kit.edu inomat GmbH, Neunkirchen Keramischer OFENBAU GmbH, Hildesheim Leibniz-Institut für Neue Materialien GmbH, Saarbrücken 16

17 EffiPressOR Thermoplastische Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) werden in hochautomatisierten Prozessen insbesondere im Automobilsektor eingesetzt. Dabei kommen vor allem langfaserverstärkte Formmassen (LFT) mit gezielten Verstärkungen aus endlosfaserverstärktem Material (EFT) zum Einsatz. Derzeit werden in der Herstellung Halbzeuge verwendet, die neben einem hohen Energieverbrauch aufgrund der Wiedererwärmung auch sehr teuer sind. Ziel des Projekts EffiPressOr ist die direkte Herstellung endlosfaserverstärkter Komponenten ohne Halbzeuge, um so mindestens 20 Prozent Energieeinsparung und mindestens 10 Prozent Gewichtsreduktion zu erreichen. Um das Bauteil noch besser auf die Belastungsbedingungen anzupassen, sollen zudem die langfaserverstärkte Komponenten definiert und endkonturnah abgelegt werden können. Dazu werden etablierte Technologien anhand eines Demonstrators so kombiniert und weiterentwickelt, dass die gesamte Prozesskette in einen Aufheizzyklus integriert wird und somit der Zwischenschritt über das Halbzeug entfällt. Zur ganzheitlichen Betrachtung müssen Kenntnisse über die Temperaturverteilungen während der einzelnen Fertigungsteilprozesse durch rechnerische Modellbildung und Versuchsreihen erarbeitet werden. Die Projektergebnisse können über den Automobilbau hinaus in vielen Branchen mit Leichtbauanwendungen (z. B. Luftfahrt und Transportwesen) eingesetzt werden. Effizienz leicht gemacht und das Gewicht durch Kunststoffeinsatz reduzieren Laufzeit: KUKA Systems GmbH, Augsburg Thomas Kugler Tel.: thomas.kugler@kuka.de Dr. Christine Ernst Tel.: christine.ernst@kit.edu Christian Karl Siebenwurst Modell- und Formenbau GmbH & Co. KG, Dietfurt Extruder Experts GmbH & Co. KG, Monschau Institut für Verbundwerkstoffe GmbH, Kaiserslautern Jacob Composite GmbH, Wilhelmsdorf SimpaTec Simulation &Technology Consulting GmbH, Aachen 17

18 Enermass In der Stahlverarbeitung ist eine hohe Prozessenergie kaum vermeidbar. Bei der Massivumformung gilt es, den Stahl auf eine Temperatur zwischen 1200 und 1300 Grad Celsius zu erhitzen. Das Projekt ENERMASS hat zum Ziel, die in der Herstellungskette Warmmassivumformteil eingesetzte Energiemenge zu vermindern oder zu nutzen und Material zu sparen. Der Materialeinsatz kann durch optimierte Vorformprozesse und eine geeignete Werkzeugkonstruktion reduziert werden. Um den Energieeinsatz zu vermindern, sind drei Maßnahmen geplant. Die in den Bauteilen oder im Materialüberschuss gespeicherte Prozesswärme wird gesammelt, weitergeleitet und in nutzbare Energieformen umgewandelt. Die für das Umformen notwendige Erwärmungsenergie soll mit Hilfe eines neuartigen auf Supraleitern basierendem Erwärmungsverfahren und der Optimierung der induktiven Erwärmung verringert werden. Die Rückführung von Prozesswärme zur Erwärmung des Stahls sowie die Erhöhung der Kühltemperaturen in den Induktionsanlagen helfen dabei, weitere Energiemengen einzusparen. Von den Projektergebnissen können Unternehmen der umformenden Fertigungsindustrie unmittelbar profitieren. Stahl steckt voller Energie und diese bleibt nicht ungenutzt Laufzeit: Industrieverband Massivumformung e. V., Hagen Dipl.-Math. Sabine Widdermann Tel.: Dipl.-Wirtsch.-Ing. Christel Schwab Tel.: CDP Bharat Forge GmbH, Ennepetal Fachhochschule Südwestfalen, Labor für Massivumformung (LFM), Iserlohn Hirschvogel Umformtechnik GmbH, Denklingen MAHLE Brockhaus GmbH, Plettenberg Rasche Umformtechnik GmbH & Co. KG, Plettenberg SMS Elotherm GmbH, Remscheid Zenergy Power GmbH, Rheinbach 18

19 ENITEC Der energieaufwändigste Herstellungsschritt in der Produktion technischer Keramiken ist die Wärmebehandlung. Das Entbindern und Sintern erfolgt zumeist in mit Strom oder Gas beheizten Öfen und ist gekennzeichnet durch lange Prozesszeiten, hohe Temperaturen, zum Teil mehrfaches Aufheizen des Brennguts sowie einen hohen Anteil an Brennhilfsmitteln. Das Projekt ENITEC arbeitet daran, eine Energieeinsparung von bis zu 40 Prozent bei der Herstellung technischer Keramiken zu erzielen. Mittels der Analyse der physikalisch-chemischen Hintergründe sowie der Entwicklung neuer, innovativer Ofentechnologien sollen potenzielle Einsparpotentiale identifiziert und verifiziert werden. Es werden Methoden erarbeitet, mit deren Hilfe die energieaufwändigsten Schritte wie mehrfaches Aufheizen, Heißpressen und Nachbearbeitung entweder vollständig eliminiert werden oder der notwendige Energieaufwand deutlich reduziert wird. So kann mittels neuartiger Ofenkonzepte eine effizientere Nutzung des Ofenraumes eine drastische Reduzierung der Brennhilfsmittel bewirken. Die Optimierung der Sinterprogramme führt zu einem geringeren Verzug der Teile und somit zu einer effizienteren Nachbearbeitung. Eine wichtige Voraussetzung für alle Arbeiten sind in-situ Messmethoden und die auf diesen Daten aufbauende Simulation der Prozesse. Nicht nur heiße Luft mit innovativer Ofentechnik für keramische Bauteile Laufzeit: CeramTec AG, Lauf Dr. Peter Stingl Tel.: p.stingl@ceramtec.de Dipl.-Ing. Claudius Noll Tel.: claudius.noll@kit.edu BCE Special Ceramics GmbH, Mannheim Eisenmann Anlagenbau GmbH & Co. KG, Böblingen FCT Systems GmbH, Rauenstein Fraunhofer-Institut für Silicatforschung (ISC), Würzburg Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik (IWM), Freiburg Lapp Insulators GmbH, Wunsiedel 19

20 entex Praktisch alle Textilien durchlaufen während ihrer Herstellung mehrere Veredlungsprozesse, bei denen bestimmte Eigenschaften, wie Antipilling, Fleck- und Knitterschutz sowie Chemikalienbeständigkeit, erzeugt werden. Dazu werden momentan Techniken mit einem hohen Energieverbrauch eingesetzt, denn die Textilien müssen nach der Behandlung in Tauchbädern aufwändig getrocknet werden. Hier setzt das Projekt ENTEX an, in dem die energieintensiven Tauchapplikationen durch wasserarme Veredlungsprozesse substituiert werden. Unter Einsatz der Sprühapplikation und der Coronabehandlung wird ein Minimalbeschichtungsverfahren entwickelt, das deutlich weniger Wasser benötigt. Weiterhin wird geprüft, inwieweit Oberflächeneffekte mit Hilfe der Plasmatechnik und dem Einsatz von Textilhilfsmitteln mit UV-vernetzenden Komponenten zu neuen Funktionalitäten führen können. Da bei den Unternehmen der textilveredelnden Industrie mittlerweile die Energiekostenanteile bei 25 Prozent bezogen auf den Umsatz liegen, sind die Anwendungspotenziale der neuen Technologie offensichtlich. Neben der Textilindustrie selbst können auch verbundene Branchen beispielsweise die Chemische Industrie und der Maschinenbau durch Erhöhung der Ressourceneffizienz von der Energieersparnis profitieren. Energieverbrauch auf Tauchstation durch effiziente Textilveredlungsverfahren Laufzeit: Institut für Textil und Verfahrenstechnik (ITV), Denkendorf Dr. Volkmar von Arnim Tel.: volkmar.arnim@itv-denkendorf.de Dipl.-Ing Rüdiger Sehorz Tel.: ruediger.sehorz@kit.edu Ahlbrandt System GmbH, Lauterbach Clear Edge Filtration Germany GmbH, Krefeld (assoziierter Partner) J.G. KNOPF S SOHN GmbH & Co.KG, Helmbrechts Rudolf GmbH, Geretsried (assoziierter Partner) 20

21 intek Stellvertretend für viele Elastomerverfahren wird in diesem Projekt eine rigorose Verfahrensüberarbeitung durchgeführt: Für die Herstellung des Spezialkautschuks Butyl, wie er für Schläuche und die Innerliner von Reifen benötigt wird, werden noch heute Produktionsverfahren aus den 1940er Jahren angewandt. So erfordert einer der Prozessschritte eine Kühlung des Materials auf minus 100 Grad Celsius. Im Projekt INTEK wird ein neuartiges Herstellungsverfahren entwickelt, das den Energieverbrauch bei der Butylherstellung massiv senkt. Das Verfahren umfasst weniger Prozess s chritte als das herkömmliche Vorgehen. Es strebt eine Optimierung des Katalysatorsystems und damit höhere Reaktionstemperaturen an. Zudem werden bei Polymerisation und Modifikation des Materials Ressourcen eingespart, indem sie im selben Lösungsmittel durchgeführt werden. Statt des chlorierten Lösungsmittels wird ein umweltverträglicheres Alkan verwendet. Mit Hilfe der neuen Verfahren sollen 70 Prozent weniger Dampf und 35 Prozent weniger Strom verbraucht werden. Dies würde zu einer signifikanten Reduzierung der Fertigungskosten in einer world-scale Anlage führen. Das Kompetenzcluster sowie deren experimentelle Einrichtungen können genutzt werden; die gewonnenen Erkenntnisse sollen innerhalb des Kompetenzzentrums nun auf andere Kautschuke übertragen werden. Weniger ist mehr schlankeres Herstellverfahren spart Dampf und Strom Laufzeit: LANXESS Deutschland GmbH, Leverkusen Dr. Hanns-Ingolf Paul Tel.: hanns-ingolf.paul@lanxess.com Dipl.-Ing. Ulf Zanger Tel.: ulf.zanger@kit.edu Bayer Technology Services GmbH, Leverkusen Buss-SMS-Canzler GmbH, Butzbach Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn, Kekulé-Institut für Organische Chemie und Biochemie TU Dortmund, Lehrstuhl Mechanische Verfahrenstechnik 21

22 LaFueSol Regenerativen Energien gehört die Zukunft. Zur möglichst effizienten Nutzung der Sonnenenergie werden Solarröhrenkollektoren eingesetzt. Um diese Kollektoren in großen Stückzahlen herzustellen, sind neue Fertigungsverfahren gefragt. Das traditionelle Verfahren zum Fügen von Rohrgläsern für Kollektoren mittels Brennertechnologie hat viele Nachteile. Dazu zählen hohe energetische Verluste, chemischer Einfluss auf das Glas, geringe Reproduzierbarkeit der Fügeprozesse und enorme Strahlenbelastungen für das Anlagenbedienpersonal. Im Rahmen des Projekts LaFueSol wird eine neuartige laserbasierte Fügetechnologie für Rohrgläser zur Herstellung von Solarröhrenkollektoren entwickelt. Dieses neue Verfahren soll das bisherige Brennerverfahren ersetzen. Die Automatisierbarkeit des Lasers, seine präzise Regelbarkeit hinsichtlich der Glastemperatur sowie die definierte Energieeinbringung führen zu einer höheren Produktivität des gesamten Fügeprozesses. Einzeltechnologien wie die Onlineanalyse der Eigenspannungen im Glas und die Temperaturfelderfassung und -regelung zur Prozessführung durch eine Infrarotkamera sind weitere Schwerpunkte. Am Ende des Projekts steht ein Prototypsystem bereit, das branchenübergreifend unter anderem auch für die Quarzglasverarbeitung eingesetzt werden kann. Glasklar für mehr Effizienz und der Solarthermie technologisch den Weg bereiten Laufzeit: Herbert Arnold GmbH & Co. KG, Weilburg Dipl.-Ing. Roger Knetsch Tel.: ilis GmbH, Erlangen IRCAM GmbH, Erlangen Kollektorfabrik, March-Buchheim Laser Zentrum Hannover e. V., Hannover Dipl.-Ing. (FH) Lars Richter Tel.: l.richter@lzh.de Dr. Katharina Arnold Tel.: katharina.arnold@kit.edu 22

23 BEAT Ziel des Projekts BEAT ist die Entwicklung eines Softwaretools, das Unternehmen bei der Auswahl der effizientesten Technologiekette für den Zerspanungsprozess unterstützt. Dazu werden die realen Energie- und Stoffströme einzelner Prozessschritte erfasst und ihren Verursachern zugeordnet. Die Daten werden mit physikalischen Wirkprinzipien abgeglichen und dann zur Bildung von Kennwerten für die Beurteilung der Energie- und Ressourceneffizienz herangezogen. So lassen sich Technologieketten bilanzieren und mögliche Alternativen energetisch bewerten. Die Ergebnisse des Projekts werden in einem Leitfaden zur energetischen Prozessauslegung mechanischer Fertigungsverfahren zusammengefasst und in einer Datenbank hinterlegt, auf die ein spezialisiertes Softwaretool zugreifen kann. Aufgrund der belastbaren Datenbasis ermöglicht BEAT kurzfristig Verbesserungen in der mechanischen Fertigung und langfristig eine kostenoptimale Produktionsplanung. Seine Praxistauglichkeit stellt das Softwaretool bei Demonstrations anwendungen in der Fertigung von Zahnrädern eines Schaltgetriebes und von Ventilen für Dieseleinspritzinjektoren unter Beweis. Diese Projekt ergebnisse sind direkt auf Anwender aus der spanenden Fertigung übertragbar. Mit der richtigen Technologie am richtigen Ort die Effizienz um 20 Prozent verbessern Laufzeit: Daimler AG, Mannheim Dipl.-Ing. Wolfram Zimmermann Tel.: wolfram.zimmermann@daimler.com Dipl.-Ing. Rüdiger Sehorz Tel.: ruediger.sehorz@kit.edu Effizienz-Agentur NRW, Duisburg PE International Experts in Sustainability, Leinfelden-Echterdingen Robert Bosch GmbH, Gerlingen-Schillerhöhe RWTH Aachen, Werkzeugmaschinenlabor (WZL) RWTH Aachen, Institut für Elektrische Maschinen (IEM) 23

24 EnerWeld Beim Zusammenfügen metallischer Werkstoffe durch Schweißen standen bisher die Produktivität und Machbarkeit im Vordergrund. Nun sollen die thermischen Fügeverfahren auf ihre Energieeffizienz geprüft und dahingehend optimiert werden. Der Energiebedarf beim Schweißen kann durch den Einsatz neuartiger hochfester Zusatzwerkstoffe auf Eisenbasis, die bei niedrigeren Temperaturen schmelzen als herkömmliche Zusatzwerkstoffe, deutlich gesenkt werden. Zudem führen die Verringerung des Schmelzbadvolumens und eine höhere Prozessgeschwindigkeit zu weiteren erheblichen Energieeinsparungen. Ergänzend wird die Technik moderner Schweißanlagen (Laserstrahl-, Licht bogen und Rührreibschweißen) weiterentwickelt. Alle Prozess ketten der thermischen Fügeverfahren sollen unter dem Gesichtspunkt der Energie- und Ressourceneffizienz bewertet und Demonstratoren (Kranausleger, Baggerschaufel, Bumper, Achsträger und Hutprofil) angefertigt werden. Ein auf den Ergebnissen basierendes Softwaretool unterstützt die Planung und den Vertrieb der Anlagenhersteller dabei, den Ressourcenverbrauch der innovativen Prozessketten zu vergleichen und entsprechend auszuwählen. Schweißen verbindet mit neuen Zusatzwerkstoffen und effizienten Technologien Laufzeit: TU Berlin, Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb (IWF) Prof. Dr. habil. Johannes Wilden Tel.: Dipl.-Wirtsch.-Ing. Christel Schwab Tel.: Benteler Automobiltechnik GmbH, Paderborn (assoziierter Partner) EWM Hightec Welding GmbH, Mündersbach JENOPTIK Laser GmbH, Jena JENOPTIK Automatisierungstechnik GmbH, Jena Klaas Alu-Kranbau GmbH, Ascheberg PLATOS Planung technisch-organisatorischer Systeme GmbH, Herzogenrath RIFTEC GmbH, Geesthacht RWE Power AG, Frechen (assoziierter Partner) Welding Alloys Deutschland Schweißlegierung GmbH, Wachtendonk

25 EnHiPro Ein wesentlicher Teil des Verbrauchs an Energie (z.b. Strom) und Hilfsstoffen (wie Schmiermittel, Wasser) wird in Deutschland durch kleine und mittelständische Unternehmen verursacht. Doch gerade diesen Firmen fehlt es oft an geeigneten Instrumentarien, mit deren Hilfe sich der Energie- und Hilfsstoffaufwand in der Produktion analysieren lässt. So können Großverbraucher oft nicht eindeutig identifiziert werden, und Maßnahmen zur Effizienzsteigerung lassen sich nur schwer bewerten. Mit einer auf Energie- und Hilfsstoffmessungen basierenden Analysemethodik wird das Projekt EnHiPro Abhilfe schaffen. Wichtige Schritte hierbei sind die Integration von Verbrauchsmessungen in die betriebliche Datenwelt (z.b. ERP-System) sowie die Anbindung geeigneter Visualisierungs- und Bewertungswerkzeuge. Darauf aufbauend können kontinuierlich Maßnahmen zur Verbesserung des Energie- und Hilfsstoffeinsatzes abgeleitet werden. Nach der Demonstrationsanwendung bei den Industriepartnern im Projekt wird ein Maßnahmenkatalog entwickelt, der branchenübergreifend von vielen produzierenden Unternehmen genutzt werden kann. Die Stellschrauben kennen, um den Energie- und Hilfsstoffverbrauch zu senken Laufzeit: Introbest GmbH & Co. KG, Fellbach Dipl.-Ing. Thomas Lacker Tel.: TU Braunschweig, Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (IWF) PD Dr. Christoph Herrmann Tel.: c.herrmann@tu-bs.de ifu Hamburg GmbH, Hamburg Intronic GmbH & Co, Waiblingen MTS Maschinenbau GmbH, Mengen Spinnweberei Uhingen GmbH SWU, Uhingen SSV Software Systems GmbH, Hannover Syslog GmbH, Ingersheim Dipl.-Ing. Rüdiger Sehorz Tel.: ruediger.sehorz@kit.edu 25

26 e-simpro Die Forderung nach immer niedrigeren Produktionskosten führt dazu, dass zunehmend auch der Faktor Energieeffizienz bei Werkzeugmaschinen in den Fokus rückt. Ein bis heute ungelöstes Problem liegt darin, dass der zu erwartende Energieverbrauch von den Herstellern nicht quantifiziert werden kann. Die Folge sind häufig anzutreffende Überdimensionierungen oder energetisch ungünstig gesteuerte bzw. betriebene Komponenten. Um in Zukunft eine Beurteilung der Gesamtwirtschaftlichkeit von Werkzeugmaschinen zu ermöglichen, wird im Projekt e-simpro ein Softwaretool zur Simulation des Energie bedarfs entwickelt. Ziel ist die komponentenbezogene Quantifizierung des Energieverbrauchs für die Anwendungsfälle Auslegung in der frühen Entwicklungsphase und Simulation des Energiebedarfs für eine konkrete Fertigungsaufgabe, die jeweils eine andere Detailtiefe der Simulationsmodelle benötigen. In einem Pilotprojekt wird dazu das Simulationstool von den Projektpartnern für die zuvor beschriebenen Anwendungsfälle eingesetzt. Darauf aufbauend werden exemplarisch energieoptimierte Maschinen- und Komponentenkonzepte gemeinsam von Herstellern und Betreibern entwickelt und erprobt. Andere Unternehmen können die Projektergebnisse über Lizenzmodelle und durch Einbindung der Software in andere Simulations - umgebungen nutzen. Gute Prognose für den Energieverbrauch führt zu effizienteren Werkzeugmaschinen Laufzeit: EMAG Salach Maschinenfabrik GmbH, Salach Dipl.-Ing. (FH) Wolfgang Rummel Tel.: wrummel@emag.de Dr. Michael Große Tel.: michael.grosse@kit.edu August Steinmeyer GmbH & Co. KG, Albstadt Festo AG & Co. KG, Esslingen (assoziierter Partner) HANDTE Umwelttechnik GmbH, Tuttlingen HYDAC International GmbH, Sulzbach (assoziierter Partner) Siemens AG, Erlangen TU Darmstadt, Institut für Produktions management, Technologie und Werkzeugmaschinen (PTW) Volkswagen AG, Salzgitter 26

27 ProGRess Aluminiumdruckguss zählt zu den energieintensiven Prozessen der Metallverarbeitung. In Deutschland werden jährlich mehr als Tonnen Bauteile aus Aluminiumdruckguss hergestellt. Bei einem Gesamtenergiebedarf von zwei bis vier Kilowattstunden pro Kilogramm bedeutet dies gießereiintern circa eine Million Tonnen Kohlendioxid- Äquivalente. Im Druckgussprozess werden etwa 50 Prozent des Gesamtenergiebedarfs zum Erwärmen und Schmelzen des Aluminiums verwendet, die andere Hälfte wird für den Betrieb der Druckgießmaschinen mit den Peripheriegeräten und für die Formtemperierung benötigt. Im Projekt Pro- GRess soll durch eine Optimierung dieser Prozesskette die Energieeffizienz um bis zu 15 Prozent erhöht werden. Zum einen werden die einzelnen Teilprozesse Schmelze, Druckguss, Wärmebehandlung und Zerspanung untersucht und technologisch optimiert. Zum anderen werden die Energieund Stoffströme sowohl auf der Ebene der Teilprozesse als auch auf der Ebene der Prozesskette durch simulationsbasierte Untersuchungen einer prozesskettenübergreifenden Optimierung zugänglich gemacht. Drei unterschiedliche Anwenderunternehmen setzen die Ergebnisse und Maßnahmen um, die sich branchenübergreifend auf andere rohstoffintensive Prozessketten übertragen lassen. Kurzer Prozess für mehr Effizienz durch ganzheitliche Optimierung Laufzeit: TU Braunschweig, Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (IWF) PD Dr. Christoph Herrmann Tel.: c.herrmann@tu-bs.de MAGMA Gießereitechnologie GmbH, Aachen Dr. Götz Hartmann Tel.: g.hartmann@magmasoft.de Dipl.-Ing. Rüdiger Sehorz Tel.: ruediger.sehorz@kit.edu Bühler Druckgiessysteme GmbH, Frankfurt Chem-Trend GmbH, Norderstedt G.A. Röders GmbH & Co. KG, Soltau HONSEL AG, Meschede KSM Castings GmbH, Hildesheim TRIMET ALUMINIUM AG, Harzgerode TU Braunschweig, Institut für Füge- und Schweißtechnik (IFS) 27

28 rebop 40 Prozent des deutschen Energieverbrauchs gehen auf das Konto der Industrie. Obwohl im Zeitraum zwischen 1960 und 2000 der spezifische Energiebedarf um 64 Prozent gesenkt wurde, ist das Ressourceneffizienzpotenzial in der Produktion weiterhin hoch. So muss beispielsweise in der Automobilindustrie beim Zuschneiden von Karosserieblechen nach wie vor bis zu 50 Prozent des verwendeten Materials entsorgt werden. Um Produktionsprozesse hinsichtlich ihrer Ressourceneffizienz vergleichbar und bewertbar zu machen, soll im Projekt rebop ein ganzheitliches Konzept zur umfassenden Bewertung und Optimierung von Prozessketten und Anlagen entwickelt und beispielhaft implementiert werden. Der Prozess des Presshärtens von Karosserieteilen dient als Grundlage für die Methodik, die in vier Schritten erfolgt. Zunächst wird eine Vorgehensweise zur Auswertung und Optimierung der Kennzahlen entwickelt, die die Erfassung der prozessrelevanten Daten einschließt. Auf Basis dieser Ergebnisse wird eine Analyse- und Visualisierungssoftware entwickelt, die zur technischen und organisatorischen Optimierung von Produktionsprozessen eingesetzt werden kann. Das ganzheitliche Konzept schafft Transparenz über Schwachstellen und Optimierungsmöglichkeiten und kann somit auch zur Qualitätssteigerung, zum Beispiel im Automobilbau, beitragen. Effizienz von A bis Z und Abläufe und Verfahren nachhaltig verbessern Laufzeit: voestalpine Polynorm Grau GmbH & Co. KG, Schwäbisch-Gmünd Frank Metzle Tel.: frank.metzle@voestalpine.com Dr. Michael Große Tel.: michael.grosse@kit.edu AIR LIQUIDE Technology Center, Krefeld Bosch Rexroth AG, Lohr am Main BSN Thermprozesstechnik GmbH, Simmerath Dieffenbacher GmbH & Co. KG, Eppingen PLATOS GmbH, Herzogenrath Rockwell Automation Solutions GmbH, Karlsruhe Ruhr-Universität Bochum, Institute for Product and Service Engineering Schneider Electric GmbH, Ratingen Universität Siegen, Siegener Mittelstandsinstitut (SMI) 28

29 ReVista In den meisten Unternehmen sind die realen Energie- und Stoffströme sowie deren Zuordnung zu den Verursachern nicht bekannt. Das Projekt ReVista widmet sich deshalb der Entwicklung einer ganzheitlichen, ressourcen- und verfügbarkeitsorientierten Instandhaltungsstrategie, die eine material- und energieeffiziente Produktion ermöglicht und eine bedarfsgerechte Verfügbarkeit im Betrieb sicherstellt. Dazu wird ein Expertensystem ( lernende Sensorik ) zur Analyse des Abnutzungsverhaltens in Abhängigkeit der Prozess parameter entwickelt. Dieses System soll Prognosen zur Ausfallwahrscheinlichkeit verbessern und somit die Nutzungsdauer der Bauteile verlängern. Weiterhin wird der Ressourcen verbrauch der Anlagen und ihrer Neben aggregate in Abhängigkeit des Werkzeugverschleißes und der Prozessparameter untersucht und in einer Betriebspunkt datenbank zusammengeführt. So können die Energie bedarfe prognostiziert und energieeffiziente Betriebspunkte eingestellt werden. Das Softwareinstrument ReVista-Cockpit verarbeitet diese Informationen, so dass die Instandhaltungsstrategie und deren Abstimmung mit der Produktion bewertbar werden. Die Methode zur ressourcenschonenden und verfügbarkeitsorientierten Produktions- und Instandhaltungsplanung ist ein weiteres wichtiges Projektergebnis. Die ReVista-Tools können in allen produzierenden Unternehmen zum Einsatz kommen. Effizienz ist steuerbar mit intelligenten Werkzeugen und lernender Sensorik Laufzeit: RWTH Aachen, Werkzeugmaschinenlabor (WZL) Dipl.-Ing. Thomas Gartzen Tel.: t.gartzen@wzl.rwth-aachen.de Dr. Michael Große Tel.: michael.grosse@kit.edu Act-in GmbH, Krefeld Act-in Maintenance GmbH, Krefeld HELLER Services GmbH, Nürtingen MTU Friedrichshafen GmbH, Friedrichshafen Teekanne GmbH & Co. KG, Düsseldorf TEEPACK Spezialmaschinen GmbH & Co. KG, Meerbusch WESO-Aurorahütte GmbH, Gladenbach 29

30 ZuPrEff Herkömmliche Verfahren zum Spritzgießen von Kunststoffen nutzen nur circa 19 Prozent der eingesetzten Energie. Vor allem unkoordinierte Aufwärm- und Abkühlvorgänge beim Aufschmelzen bergen ein hohes Energieeinsparpotenzial. Das Projekt ZuPrEff soll hier Abhilfe schaffen und die Effizienz des Gesamtprozesses, bestehend aus Maschine, Werkzeug und Temperierung, verbessern. Dabei stehen die regeltechnische Kopplung aller bisher autonomen Teilsysteme sowie die Umsetzung eines Energiemonitorings im Fokus. Dazu müssen die relevanten Schmelze- und Werkzeugzustände in Abhängigkeit von Prozessschwankungen modellhaft beschrieben werden. Versuchsreihen an einer Spritzgussanlage, die mit entsprechender Messtechnik und einer segmentierten Werkzeugtemperierung ausgestattet sind, bilden die Basis für die Modellentwicklung. So kann zu jedem Zeitpunkt der Zustand wichtiger Prozessgrößen (wie Schmelzeigenschaften und Werkzeugoberflächentemperatur) ermittelt und für die Regelung zur Verfügung gestellt werden. Darauf bauen auch die detaillierten Energiebilanzen für den Gesamtprozess auf, die das umfassende Energiemonitoring ermöglichen. In Summe kann dadurch die Prozesseffizienz um bis zu 28 Prozent gesteigert werden. Stabile Zustände durch bedarfsgerechte Temperierung in der Kunststoffverarbeitung Laufzeit: GWK Gesellschaft Wärme Kältetechnik mbh, Kierspe Dipl.-Ing. Ingo Brexeler Tel.: Dipl.-Ing. Claudius Noll Tel.: Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart Hochschule Rosenheim, Studiengang Kunststofftechnik Gebr. Krallmann GmbH, Hiddenhausen KraussMaffei Technologies GmbH, München 30

31 EnergieMSP Der tatsächliche Energieverbrauch ist den Anwendern von Werkzeugmaschinen meist unbekannt. Eine durchschnittliche Dreh-, Fräs- oder Schleifmaschine emittiert indirekt jährlich so viel CO 2 wie zehn Pkw. Für diesen signifikanten Verbrauch sind nicht nur die Hauptspindel als Kernkomponente von Werkzeugmaschinen, sondern auch deren Peripherieaggregate, wie zum Beispiel Kühlung, Schmierung und Hydraulik verantwortlich. Der Energieaufwand bei der Maschinenbenutzung hängt dabei stark vom Aufbau des Spindelmotors und der Konzeption der Stromspeisung der Antriebe ab. Hier verbirgt sich noch ein großes Potenzial zur Erhöhung der Effizienz. Das Projekt EnergieMSP analysiert zunächst die Einsparmöglichkeiten der Motorspindel als Kernkomponente von Werkzeugmaschinen in allen Betriebsbereichen und optimiert dann entsprechend den Verbrauch der einzelnen Spindelkomponenten. Schwerpunkte dabei sind der Aufbau des Antriebsmotors und die Konzeption der Speisung, die Lagerung, das Spannsystem, die Drehdurchführung sowie der Rotor. Während der Projekt laufzeit soll eine optimierte Motorspindel aufgebaut werden, deren Energiebedarf um 25 Prozent gesenkt wurde und das bei gleich bleibender Leistungsfähigkeit. Den effizienten Dreh finden und die Kernkomponente der Werkzeugmaschine optimieren Laufzeit: Franz Kessler GmbH, Bad Buchau Dr. Uwe Rondé Tel.: uronde@franz-kessler.de Dipl.-Ing. Michael Petzold Tel.: michael.petzold@kit.edu ARADEX Aktiengesellschaft, Lorch MAPAL Präzisionswerkzeuge Dr. Kress KG, Aalen Mecatronix GmbH, Darmstadt Ott-Jakob Spanntechnik GmbH, Lengenwang Schaeffler KG, Schweinfurt TU Darmstadt, Institut für Produktions management, Technologie und Werkzeugmaschinen (PTW) 31

32 EWOTek 40 Prozent der Betriebsausgaben für Werkzeugmaschinen sind Kosten für Energie und Medien. Dies zeigen exemplarische Studien. Ein weiterer Anstieg der Energiepreise und damit auch deren Anteil an den Betriebskosten ist zu erwarten. Im Projekt EWOTeK soll der Energieverbrauch von Werkzeugmaschinen durch eine intelligente Last ermittlung und geeignete Standby-Strategien gesenkt werden. Um die Transparenz des Energieverbrauchs zu erhöhen und die Einsparpotenziale genauer zu quantifizieren, sind zunächst grundlegende Messungen zum dynamischen Momentanenergieverbrauch von Werkzeugmaschinen und ihrer wesentlichen Komponenten erforderlich. Auf dieser Grundlage sollen eine lernbasierte und/oder prädiktive Lastabschätzung, ein Konzept für abgestufte Standby-Betriebsarten und die Optimierung ausgewählter Komponenten entwickelt werden dies sind zum Beispiel bedarfsorientierte Kühlkonzepte, energiesparende Hydraulikkonzepte und eine bedarfsgerechte Schmierung von Spindellagern. Anhand von Prototypen werden dann die erschlossenen Energiesparpotenziale aufgezeigt. Eine transparente Darstellung der Kosten-Nutzen-Relation soll die Marktakzeptanz einer ressourcenschonenden und umweltfreundlichen Werkzeugmaschine mit energieeffizienten Komponenten und Betriebsarten steigern. Angepasster Fahrstil kann den Energieverbrauch von Werkzeugmaschinen um ein Drittel senken Laufzeit: Gebr. Heller Maschinenfabrik GmbH, Nürtingen Thomas Dorn Tel.: Dr. Paul Armbruster Tel.: BKW Kälte-Wärme-Versorgungstechnik GmbH, Wolfschlugen Bosch Rexroth AG, Lohr am Main INDEX-Werke GmbH & Co. KG Hahn & Tessky, Esslingen Knoll Maschinenbau GmbH, Bad Saulgau RWTH Aachen, Werkzeugmaschinenlabor (WZL) Siemens AG, Erlangen 32

33 NCPlus Eine neuartige Strategie zum Energiesparen im Werkzeugmaschinenbau ist die bedarfsgerechte Ansteuerung und Abschaltung von Maschinenkomponenten. Denn je nach Maschinentyp und Bearbeitungsprozess werden nur 20 bis 80 Prozent der von der Maschine aufgenommenen Energie für die Zerspanung aufgewendet. Die übrige Energie wird für Nebenaufgaben eingesetzt. In diesem Bereich soll der Energieverbrauch mit Hilfe des Projekts NCplus minimiert werden. Ein integriertes Fluid- und Thermikkonzept fasst die Kühlkreisläufe der Maschine zusammen und ermöglicht eine prozessabhängige und bedarfsgerechte Kühlung. Durch Verbesserungen an der Hauptspindel wird es möglich, diese auf einem höheren Temperaturniveau zu betreiben. Ein weiterer Schwerpunkt ist die gezielte Ansteuerung der Achsen, um sie im Stillstand abzuschalten, sofern es der Prozess zulässt. Für diesen Zweck wird eine schnelle und spielfreie Bremse entwickelt. Ein übergeordnetes Energiemanagement, das auch die Peripherie-Komponenten intelligent ansteuert, rundet die Maßnahmen ab. Die Untersuchungen bauen auf Messungen der Energieflüsse bei typischen Prozessen auf. Die Wirksamkeit der Maßnahmen wird anhand eines Prototyps nachgewiesen. Die Ergebnisse können auf einen Großteil der Maschinen in der spanenden Fertigung direkt übertragen werden. Den effizienten Dreh finden und die Kernkomponente der Werkzeugmaschine optimieren Laufzeit: DECKEL MAHO Pfronten GmbH, Pfronten Dr. Thomas Garber Tel.: Dipl.-Ing. Michael Petzold Tel.: Bosch Rexroth Electric Drives and Controls GmbH, Lohr am Main CAMAIX GmbH, Eschweiler Chr. Mayr GmbH & Co. KG, Mauerstetten Franz Kessler GmbH, Bad Buchau HYDAC INTERNATIONAL GmbH Verwaltungs- und Vertriebsgesellschaft, Sulzbach/Saar KME Germany AG & Co. KG, Osnabrück Leibniz Universität Hannover, Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW), Garbsen perpendo Energie- und Verfahrenstechnik GmbH, Aachen 33

34 Efficoat In der Automobilindustrie werden zunehmend höhere Ansprüche an die Effizienz und die Wirtschaftlichkeit von Prozessen gestellt, die die konventionelle Blechbauweise nicht erfüllen kann. Gleichzeitig müssen die Bauteile in konsequenter Leichtbauweise ausgeführt werden, um das Gesamtfahrzeuggewicht weiter zu reduzieren. Die Herstellung von einschaligen Hybridbauteilen mit lackierfähigen Class-A Oberflächen in Thermoplastbauweise ist derzeit nicht Stand der Technik. Das Verbundprojekt EFFICOAT soll hier Abhilfe schaffen und zugleich Ressourceneinsparungen von bis zu 50 Prozent ermöglichen. Die Technologieentwicklung findet an einem generischen Demonstrator statt, mit dessen Hilfe neuartige Werkstoff- und Verfahrenskombinationen entwickelt werden. Die ressourcenschonende Vorbehandlung von Blechbauteilen, die in-situ Einbettung von Antennen-, Aktoren- und Sensortechnik sowie die Entwicklung einer innovativen Beschichtungstechnologie für Spritzgießbauteile In-Mould Beschichtung sind Schwerpunkte der Arbeiten. Darauf aufbauend wird ein integrales Werkzeugsystem für eine Realanwendung PKW Heckklappe entwickelt. Die Ergebnisse von EFFICOAT können auf andere Komponenten in vollem Umfang übertragen und von Unternehmen der Automobilindustrie und anderen Branchen genutzt werden. Von wegen Blechlawine mit neuen Werkstoffkombinationen zu intelligenten Bauteilen Laufzeit: Peguform GmbH, Bötzingen Dipl.-Ing. Timo Schwarz Tel.: Dipl.-Ing. Mischa Leistner Tel.: Anchor Lamina GmbH, Chemnitz GWK Gesellschaft Wärme Kältetechnik mbh, Kierspe KraussMaffei Technologies GmbH, München Plasmatreat GmbH, Steinhagen TU Chemnitz, Institut für Allgemeinen Maschinenbau und Kunststofftechnik Volkswagen AG, Wolfsburg 34