Bewertung der Energieeffizienz alternativer Prozesse und Technologieketten (BEAT)

Problemstellung
Die Preissteigerungen auf den weltweiten Energiemärkten waren in den letzten Jahren enorm, so dass der effiziente Umgang mit Energie und Ressourcen eine zentrale Herausforderung für Unternehmen ist. Der effektive Einsatz von Energie wird in Zukunft eine wesentliche Rolle in der Wettbewerbssituation und bei der Produktionsstandortfrage übernehmen. Daraus lässt sich die Forderung nach gezielter Energieeinsparung des Gesamtprozesses und nicht nur bei Teilprozessen ableiten, denn die Einsparung bei einem Teilprozess darf nicht einen unverhältnismäßig hohen Energieeinsatz bei nachfolgenden oder vorgeschalteten Teilprozessen verursachen. Die Situation in der Fertigung zeigt, dass noch erheblicher Handlungsbedarf besteht, bis eine energie- und ressourceneffiziente Fertigung umgesetzt werden kann. Die Ursache hierfür ist, dass viele Stoff- und Energieströme in der mechanischen Fertigung unbekannt sind und dementsprechend schlecht abbildbar sind. In vielen Bereichen fehlen die nötigen Daten, um Energie, Ressourcen und somit deren Kosten bauteil- und prozessbezogen zu bewerten.
Projektziele:
Ziel des Projekts war die Entwicklung einer Methode, die es möglich macht, auf Prozessebene die Fertigungsketten in Abhängigkeit von verfügbaren Daten wie Schnittparametern vergleichen und unter energetischen Gesichtspunkten deren Einzelprozesse auslegen zu können. Dabei war es besonders wichtig, auch die nichtlinearen physikalischen Zusammenhänge darstellen zu können. Diese Anforderung hat das Projekt BEAT in insgesamt 7 Arbeitspaketen zielgerichtet abgearbeitet. Die Ergebnisse des Projektes wurden in einem Leitfaden zur energetischen Prozessauslegung mechanischer Fertigungsverfahren, wie z.B. Drehen und Fräsen, zusammengefasst. Zusätzlich wurden die ermittelten Daten in einer Datenbank hinterlegt, auf die ein Softwaretool zugreifen kann, so dass sowohl der Energie- und Ressourcenverbrauch von Prozessen prognostiziert, und Prozessketten auf ihre Energie- und Ressourceneffizienz hin bewertet werden können.
Vorgehensweise:
1. Erfassen des Energie- und Ressourcenverbrauchs einzelner Prozesse unter Berücksichtigung benötigter Hilfsstoffe und Hilfsprozesse
2. Abgleich der erfassten Daten mit physikalischen Wirkprinzipien
3. Bildung von Kennwerten zur Beurteilung der Energie- und Ressourceneffizienz von Prozessen
4. Bilanzierung von Technologieketten
5. Bewertung alternativer Technologieketten aus energetischer Sicht
6. Implementieren der Modelle und Kennwertsysteme in ein Softwaremodul
7. Ableiten von Maßnahmen (Erstellung eines Leitfadens)
Ergebnisse und Anwenderpotenzial
Den Anwendern und Forschungseinrichtungen war es mit dem Projekt möglich, eine belastbare Datenbasis zur Ableitung kurzfristiger Verbesserungen in der mechanischen Fertigung zu generieren. Damit wird eine (langfristige) kostenoptimale Produktionsplanung durch Einbeziehung von verlässlichen Aussagen zu Energie- und Ressourceneinsatz in der Lifecyclephase Fertigung ermöglicht. Die Projektergebnisse können schon frühzeitig in die Simulationskette der Fertigung integriert werden. Es kann davon ausgegangen werden, dass mit dem entwickelten Softwaretool für die Auslegung von Prozessen und Technologieketten eine Verbesserung der Energieeffizienz in der Fertigung von mindestens 10% möglich wird. Die Ergebnisse des Projektes wurden in einem Leitfaden zusammengefasst, in dem Verbesserungshinweise zur allgemeinen energie- und ressourceneffizienten Auslegung der Fertigung gegeben werden. Dadurch wird ein weiteres Verbesserungspotential von über 10% erwartet. Damit wird es möglich, aus alternativen Technologieketten die energie- und ressourcenschonendste auszuwählen, wodurch auf Anwenderseite mit einem Verbesserungspotential der Energieeffizienz von mindestens 20% gerechnet werden kann. Die Referenzanwendungen in dem Projekt bezogen sich auf Prozesse und im Bereich der spanenden Fertigung. Die Ergebnisse lassen sich direkt auf die Anwender mit ähnlichem Produktportfolio übertragen, d.h. Automobilhersteller und Zulieferer. Weiterhin sind die Ergebnisse auf alle Unternehmen übertragbar, die sich mit der Metallzerspanung befassen.

• Mercedes-Benz Group AG
• PRISMA CONSULT GMBH
• Robert Bosch GmbH
• RWTH Aachen
• Sphera Solutions GmbH