1 Energieeffizienzsteigerung in der Produktion Situation und Herausforderungen der Energieversorgung... 1

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1 Inhaltsverzeichnis 1 Energieeffizienzsteigerung in der Produktion Situation und Herausforderungen der Energieversorgung Der grundlegende Bedarf die Energieeffizienz zu steigern Erfolgspotenziale durch die Bewertung der Energieeffizienz Bilanzraum und Systemgrenzen zur Bewertung der Energieeffizienz auf Basis des Mindestenergiebedarfs Die Bewertung der Energieeffizienz als treibendes Instrument zur Steigerung des Unternehmenserfolgs Bedeutung und Bedarf eines einheitlichen Bewertungssystems der Energieeffizienz für Unternehmen Die Begriffe Energie und Energieeffizienz als Grundbausteine für Energieeffizienzbewertungssysteme Kennzahlen als Maßgröße zur Unternehmenssteuerung Energiekenngrößen als kennzahlenbasierte Maßeinheiten zur quantitativen Darstellung der Energieeffizienz Benchmarking als Instrument zur Erfolgssteigerung Energie-Benchmarking als erweitertes Instrument zur Energieeffizienzbewertung und Erfolgssteigerung Analyse und Erweiterung gültiger Kennzahlen und Methoden für die Energieeffizienzbewertung Anforderungskriterien zur einheitlichen, übergreifenden und expressiven Bewertung der Energieeffizienz Die unzureichende Fähigkeit bestehende Kennzahlen und Methoden zur Energieeffizienzbewertung einzusetzen Neukonzeptionierung und Erweiterung bestehender Kennzahlen als Instrument zur Energieeffizienzbewertung...35

2 3.4 Überblick der Fähigkeitsanalyse bestehende Kennzahlen und Methoden zur Energieeffizienzbewertung einzusetzen Der Mindestenergiebedarf als Referenzwert zur Bewertung der Energieeffizienz Grundlagen zur energetischen Beschreibung eines Systems Modellvorstellung und Rahmenbedingungen zur Beschreibung der Existenz eines Mindestenergiebedarfs Modellvorstellungen des Mindestsystemenergieänderungsbedarfs als Referenzwert auf mikroskopischer Ebene Das chemische Modell zur Mindestenergiebedarfsbestimmung Das atomphysikalische Modell zur Mindestenergiebedarfsbestimmung Das thermodynamische Modell zur Mindestenergiebedarfsbestimmung Das werkstoffwissenschaftliche Modell zur Mindestenergiebedarfsbestimmung Gültigkeitsbereich der Werkstoffe Metall Kunststoff Glas und Keramik Übertragung des Modells des Mindestenergiebedarfs von der atomaren auf die makroskopische Ebene Eigenschaften makroskopisch eingesetzter Werkstoffe Herleitung makroskopischer Werkstoffkenngrößen zur Ermittlung des Mindestenergiebedarfs auf Basis der mikroskopischen Modellvorstellungen Herleitung des Mindestenergiebedarfs für chemische Verfahren auf Basis der Aktivierungsenergie... 56

3 5.2.2 Herleitung des Mindestenergiebedarfs für thermische Prozesse auf Basis der spezifischen Wärmekapazität Herleitung des Mindestenergiebedarfs für Trennvorgänge auf Basis der Bruchfestigkeit Herleitung des Mindestenergiebedarfs für die Verformung von Metallen auf Basis der kritischen Schubspannung Ableitung des grundoperationsspezifischen Mindestenergiebedarfs als Referenzwert auf makroskopischer Ebene Logische Begründung für die Bestimmbarkeit des Mindestenergiebedarfs auf Basis physikalischer Gesetzmäßigkeiten Der Mindestenergiebedarf als Referenz zur Energieeffizienzbewertung von Fertigungsverfahren der DIN Übersicht der Grundoperationen zur energetischen Beschreibung von Fertigungsverfahren der DIN Bestimmung des grundoperationsspezifischen Mindestenergiebedarfs für Fertigungsverfahren der DIN Grundoperationen zur Ermittlung der Mindestenergiebedarfe für die Fertigungsverfahren der DIN Urformen Umformen Trennen Fügen Beschichten Stoffeigenschaften ändern Umsetzung der Mindestenergiebedarfsermittlung als Basis zur Energieeffizienzbewertung in der Produktion Systematische Ableitung der Mindestenergiebedarfsermittlung zur Energieeffizienzbewertung von Produktionsprozessen Vorgehen zur Berechnung des grundoperationsspezifischen Mindestenergiebedarfs in Folge der Fertigungsparameter...68

4 7.3 Darstellung der Berechnung des grundoperationsspezifischen Mindestenergiebedarfs an einem Beispielbauteil Die Kenngröße Relative Energieeffizienz zur Bewertung der Produktion Betrachtungsebenen und Bewertungsobjekte der Produktion Definition der Formen des Energieeinsatzes in der Produktion Modalitäten der Erfassung des tatsächlichen Energieverbrauchs in der Produktion Definition der Kennzahl Relative Energieeffizienz (REE) Ermittlung und Anwendungsfelder der Kenngröße Relative Energieeffizienz zum Einsatz in produzierenden Unternehmen Verifizierung und experimentelle Darstellung der Mindestenergiebedarfsbestimmung im Versuch Verifizierung des Mindestenergiebedarfs und dessen Bestimmbarkeit auf Basis der Modellvorstellungen Versuchsdurchführung und messtechnische Bestimmung der Biegearbeit als Vergleichsbasis für den Egm Berechnung des Egm als festgelegte Bestimmung für die Grundoperation Biegen Theoretische Bestimmung des Esm auf atomarer Ebene für das atomphysikalische Modell Gegenüberstellung der mikroskopischen und makroskopischen Ergebnisse zur Verifizierung des Mindestenergiebedarfs Übertragung der Verifikationssystematik auf die weiteren Modellvorstellungen zur Mindestenergiebedarfsbestimmung Experimentelle Darstellung der Mindestenergiebedarfsberechnung und REE-Ermittlung am Beispiel der GOP Biegen Messtechnik zur Erfassung der Energieverbräuche zur Ermittlung der Relativen Energieeffizienz auf Prozessebene DIN Biegeumformen mit geradliniger Werkzeugbewegung

5 9.2.3 DIN Fügen durch Umformen drahtförmiger Körper Diskussion der Versuchsergebnisse aus Anwendersicht Ermittlung der Relativen Energieeffizienz zur Bewertung von Produktionsstrukturen und Produkten Das Vorgehen zur übergreifenden Bewertung von Unternehmensund Produktionsstrukturen Ermittlung der REE zur Prozessbewertung Ermittlung der REE zur Maschinen- und Anlagenbewertung Ermittlung der REE zur Werksbewertung Ermittlung der REE zur Unternehmensbewertung Ermittlung der REE zur Branchenbewertung Das Vorgehen zur Bewertung eines Produkts hinsichtlich seiner energieeffizienten Herstellung Evaluation und Implementierung der Energieeffizienzbewertung auf Basis des Mindestenergiebedarfs Vergleich von Energiekenngrößen nach den Anforderungen an eine Methode zur Bewertung der Energieeffizienz Aussagekraft der Relativen Energieeffizienz auf Basis des Mindestenergiebedarfs als Bewertungsreferenzwert Herausforderungen bei der Anwendung Ausblick zur flächendeckenden Anwendung der REE zur Bewertung der Energieeffizienz im Unternehmen Zusammenfassung Summary Abkürzungsverzeichnis Formelwerteverzeichnis Literaturverzeichnis Anhang...176