Energieeffiziente Modellfabrik / 12.04.2018

Technologie- und Anwendungszentrum ETA-Fabrik

Die ETA-Fabrik auf dem Campus Lichtwiese der Technischen Universität Darmstadt dient als Forschungs- und Demonstrationsanlage © Eibe Sönnecken, TU Darmstadt, PTW

Die ETA-Fabrik auf dem Campus der Technischen Universität Darmstadt ist zugleich Forschungsgegenstand, Großdemonstrator und Lernort. Sie vernetzt Gebäudehülle und industrielle Prozesskette technologie- und disziplinübergreifend in Einzel- und Verbundlösungen.

In der ETA-Fabrik sind die Produktionsmaschinen und das Gebäude energetisch vernetzt; unvermeidlich entstehende Abwärme wird im System weiter genutzt. © Eibe Sönnecken, TU Darmstadt, PTW

Bei der ETA-Fabrik ist das Gebäude, anders als bisherige Hallen, nicht bloß Hülle für die Produktionsanlagen: Maschinen und Gebäude sind energetisch vernetzt; die Energieströme werden in Produktionsprozessen, Gebäude, Versorgungs- und Gebäudetechnik optimal abgestimmt genutzt. Dadurch steigt die Energieeffizienz des Gesamtsystems: Gegenüber einer konventionellen Fabrik ergeben sich durch Verschieben der Systemgrenzen zwischen Maschinen und Gebäude wirtschaftlich realisierbare Energieeinsparpotenziale von bis zu 40 Prozent.

 

An dem Ziel, die Energie- und Materialflüsse in der Fabrik der Zukunft optimal zu vernetzen, arbeiten 36 Projektpartner aus Wissenschaft und Wirtschaft. Das Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen (PTW) der TU Darmstadt koordiniert dieses interdisziplinäre Team aus den Bereichen Maschinenbau, Bauingenieurwesen und Architektur, Elektro- und Kommunikationstechnik sowie Versorgungstechnik. Industrie-Arbeitskreise unterstützen die Umsetzung von Forschungsergebnissen in die betriebliche Praxis der Produktionstechnik.

Das Energiesystem verstehen und optimal einsetzen

Bei der Konzeption der Fabrik ging es darum, den Energiebedarf zu senken und zugleich die Lastflexibilität zu steigern. Für die Forscher bestand die Herausforderung darin, jeweils die richtige Energieform in der notwendigen Menge zur richtigen Zeit am richtigen Ort einzusetzen. In der ETA-Fabrik zeigen sie, welche Einsparungen erreichbar sind, wenn das Energiesystem einer Fabrik als Gesamtheit erkannt wird. Einsparungen wurden erreicht durch Optimierung von:

 

  • Produktionsmaschinen und Querschnittstechnologien im Maschinenbau
  • Technischer Gebäudeausrüstung und Versorgungstechnik
  • Gebäudehülle, Fassaden und Konstruktion
  • Monitoring, Energiedatenmanagement und -mining durch „Industrie 4.0“-Ansätze
  • Lastflexibilität und Regelungsoptimierung
  • Simulationsansätze zum Planen und Betreiben von Produktionsstätten

Energieeffiziente Produktionskette

Wo fließt die eingesetzte Energie hin: Wirkleistungsbedarf einer Drehmaschine. © EMAG Salach Maschinenfabrik, TU Darmstadt,

Die in der Fabrik eingesetzten Werkzeugmaschinen (Bearbeitungszentrum, Vertikaldrehmaschine, Vertikalschleifmaschine) sind gegenüber Referenzmaschinen um ein Fünftel energieeffizienter. Dies wurde durch Maßnahmen an allen peripheren Verbrauchern erreicht, unter anderem durch drehzahlvariable Hydraulikaggregate und eine bedarfsgerechte Kühlschmierstoff-Versorgung.

 

Vor dem nächsten Bearbeitungsschritt werden die Werkstücke gereinigt. Auch die Reinigungsanlagen sind in die zentralen Wärmeversorgungssysteme eingebunden. Sie verwerten Abwärme aus den Werkzeugmaschinen, indem sie in Verbindung mit Wärmepumpen das Reinigungsbad beheizen.

 

Die Teilsysteme sind über ein intelligentes Steuerungssystem verbunden, das die verschiedenen Energiewandler und -speicher sowie zahlreichen Pumpen und Ventile in der ETA-Fabrik koppelt und bedient.

 

Die Vernetzung von Gebäude und Produktion ermöglicht es, überschüssige thermische Energie aus den Maschinenprozessen zur Klimatisierung zu nutzen: Die thermisch aktivierten inneren und äußeren Oberflächen der Gebäudehülle fungieren als große Heiz- und Kühlflächen.

In der Fabrik erreichbare Energieeinsparungen

Oben: Primärenergiebedarf der ETA-Fabrik sowie pro Bauteil; unten: Vergleich des Primärenergiebedarfs der einzelnen Produktionsmaschinen pro Bauteil, Gegenüberstellung von Stand der Technik und zwei Effizienz-Szenarien © TU Darmstadt, PTW

Mit dem ganzheitlichen Ansatz der ETA-Fabrik lassen sich gegenüber der Optimierung einzelner Komponenten zusätzlich 15 bis 20% an Energie einsparen. Die Forscher verglichen den Energieverbrauch einer herkömmlichen Fabrik mit zwei weiteren Szenarien. Bei einer Fabrik mit energieeffizienten Maschinen in einer vernetzten Produktion liegt der Primärenergie-Verbrauch um bis zu 45% niedriger als bei der herkömmlichen Fabrik.

Mehr zum Projekt

ETA-Fabrik: Energieeffiziente Fabrik für interdisziplinäre Technologie- und Anwendungsforschung

Förderkennzeichen:
03ET1145A-F

Laufzeit:
01.05.2013-30.04.2018

Projektbeteiligte

Leitung Verbundprojekt
Technische Universität Darmstadt, Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen (PTW)

Prof. Dr. -Ing. Eberhard Abele
abeleatptw.tu-darmstadt.de

Energiecontrolling und Steuerung der Energieflüsse
Bosch Rexroth Aktiengesellschaft

Energieeffiziente Zerspanungsprozesse
EMAG Maschinenfabrik GmbH

Energie- und medieneffiziente Wärmebehandlung
IVA Schmetz GmbH

Energieeffiziente Bauteilreinigung
MAFAC – Ernst Schwarz GmbH & Co. KG

Thermische Interaktion Fabrikgebäude, Gebäudetechnik, Prozesskette
Bayerisches Zentrumfür Angewandte Energieforschung, e. V. – Bereich Energiespeicherung

Service

BINE-Projektinfo 03/2018
(PDF, 4 Seiten, 303 kB)

Links

ETA-Fabrik
Website der ETA-Fabrik

PHI-Factory
Website der PHI-Factory

Energieeffizienz-Netzwerk ETA-Plus
Website mit Informationen bezüglich des Energieeffizienz-Netzwerks ETA-Plus

Forschungsnetzwerk Energie
Im Bereich Industrie und Gewerbe, Forschungsfeld Fertigungstechnik

Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.