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Energieeffiziente Produkt- und Prozessinnovationen in der Produktionstechnik
Produktionssysteme

Wirkprinzipien energiebedarfsarmer, intelligenter Produktionssysteme

Ziel ist zum einen die Generierung eines Bilanzierungsframeworks sowie einer wissenschaftlichen Methode für die Ermittlung von Kennzahlen zur Bewertung der anlagenseitigen Energieeffizienz. Damit werden energetische Aspekte von Produktionssystemen qualitativ und quantitativ beschreib- und bewertbar. In Verbindung mit dem prozessseitigen Bilanzierungsframework aus dem Handlungsfeld Prozessketten entsteht somit ein wichtiger Baustein für die übergeordnete Bilanzierung ganzer Fabriksysteme. Zum anderen ist das Bilanzierungsframework eine wichtige Voraussetzung für das zweite wesentliche Ziel dieses Handlungsfeldes, nämlich die zielgerichtete Reduktion des Gesamtenergiebedarfes von Produktionssystemen durch Entwicklung von Methoden, Werkzeugen und Lösungen. Die Gesamtenergiebilanz von Produktionssystemen lässt sich dabei nur durch ganzheitliche Optimierung von Komponentenwirkungsgraden, dem effektivem Zusammenwirken von Bauteilen im Gesamtsystem, der konsequenten Anwendung des energetischen Kreislaufprinzips sowie eines bedarfsfokussierten Energiemanagements auf eine qualitativ und quantitativ neue Stufe heben. Die Demonstration der Forschungsergebnisse des Handlungsfeldes Produktionssysteme, aber auch anderer eniPROD-Handlungsfelder erfolgt deshalb in ihrem ganzheitlichen Zusammenwirken an einer speziell entwickelten Werkzeugmaschine.
 

Teilprojekte

Energiebilanzierung und -management

Ein Großteil der am Hauptanschluss spanender Werkzeugmaschinen eingesetzten Energie wird in Hilfssystemen verbraucht. Der Anteil des Energieverbrauchs an der Spanabhebung ist in der Regel nur von geringem Anteil. Nebenaggregate an Fertigungssystemen tragen wesentlich zum Gesamtenergieverbrauch eines Produktionssystems bei. Bisher ist keine ganzheitliche Methodik zur Bilanzierung des Gesamtenergiebedarfs, die neben energetischen Verbrauchern wie Haupt- und Nebenantrieben auch Hilfsaggregate sowie hydraulische, pneumatische und kinetische Energien einbezieht, bekannt. Neben der Energieausnutzung durch optimierten Wirkungsgrad des Produktionssystems wird künftig die Anwendung energetischer Kreisläufe (Energierückgewinnung) an Bedeutung gewinnen. Die Absicherung energieeffizienter Steuerung und Regelung elektromechanischer Achsen ist ein weiterer Forschungsschwerpunkt.

Energieeffiziente Kernkomponenten

Energieeffizientere Kernkomponenten leisten einen maß­geblichen Beitrag zur Senkung des Gesamtener­giebedarfs von Werkzeugmaschinen, was sie zu einem wichtigen Forschungsgegenstand macht.
Konkrete Schwerpunkte bilden im Rahmen des Hand­lungsfeldes die Entwicklung von Leichtbaukomponenten, Komponenten mit minimaler thermischer Ausdehnung zur Senkung des Kühlaufwandes, die Etablierung von Energy Harvesting und Rekuperation sowie Entwicklung energieautarker adaptronischer Komponenten.

Energieoptimale Strukturprinzipien
Aufgrund der Wechselwirkungen einzelner Komponenten erfordert die Energieverbrauchssenkung in Maschinen und Anlagen hierarchische Systembetrachtungen sowie ganzheitliche Optimierungsstrategien, denn neben rein energetischen Aspekten müssen klassische funktionale und wirtschaftliche Kriterien a priori berücksichtigt werden. Insbesondere eine Steigerung der Energie­effizienz unter Beibehaltung von Bearbeitungsgenauigkeit und Produktivität erfordert deshalb umfangreiche Forschungsarbeiten.
 

Handlungsfeldleiter

Prof. Reimund Neugebauer

Präsident der Fraunhofer-Gesellschaft

Prof. Welf-Guntram Drossel

Professur für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik

 


Beteiligte

Presseartikel

Soziale Medien

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