Aktuell / 18.08.2014

ETA-Fabrik spart bis zu 40 Prozent Energie

Ab Herbst 2015 soll die neue Modellfabrik auf dem Campus der Technischen Universität Darmstadt fertig gestellt sein und Effizienzlösungen für die Industrieproduktion der Zukunft bieten. © PTW
In der Referenzanlage sind Werkzeug- und Reinigungsmaschine gekoppelt, um anfallende Abwärme im Produktionsprozess zu nutzen. © Gerhard Hirn, EnEff:Industrie
Die Abbildung zeigt den Versuchsstand der thermischen Vernetzung einer Werkzeug- und Reinigungsmaschine von oben. © PTW
Mit der feierlichen Grundsteinlegung startet der Bau der energieeffizienten ETA-Fabrik. Martin Beck (l.) und Prof. Eberhard Abel am Werk. © Gerhard Hirn, EnEff:Industrie

In Darmstadt entsteht eine neue Forschungsfabrik, in der Energieströme ganzheitlich optimiert werden. Mit der Grundsteinlegung am 12. 8. 2014 startete die TU Darmstadt den Aufbau der sogenannten ETA-Fabrik, in der Maschinen, Gebäudeausrüstung und Gebäudehülle energetisch vernetzt und ganzheitlich optimiert werden. Die Eröffnung ist für Oktober 2015 geplant.

Ein interdisziplinäres Team mit Experten aus Maschinenbau, Bauingenieurwesen, Architektur, und Industrie entwickelte diese Modellfabrik als ein hocheffizientes Gesamtsystem. Die Forscher wollen zeigen, wie es gelingt, mit einem ganzheitlichen Betriebskonzept in der Produktion zusätzlich 15 bis 20 Prozent an Energie einzusparen - über die bereits erfolgte Optimierung von Teilsystemen wie Maschinen, technischer Infrastruktur und Gebäuden hinaus. Die in der 550 Quadratmeter großen Maschinenhalle von den Werkzeugmaschinen produzierte Abwärme kann zwischengespeichert werden. Sie versorgt weitere Anlagen, zum Beispiel Reinigungsmaschinen, mit Wärme oder heizt die Halle. Bei dieser ist die mit Schaumbeton gedämmte Betonfassade durch Kapillarmatten aktiviert. Das ermöglicht es, sehr sparsam zu klimatisieren. Die neu entwickelte Gebäudekonstruktion ist vollständig recycelbar.

Vernetzung schafft zusätzliche Einsparmöglichkeiten

Je nach Ausgangszustand erwarten die Forscher ein Einsparpotenzial von 25 bis 40 Prozent bei Teilsystemen wie einzelnen Produktionsmaschinen. Zusätzliche 15 bis 20 Prozent können durch die energetische Vernetzung der Teilsysteme eingespart werden. Insgesamt wird die ETA-Fabrik gegenüber einer isolierten Verbesserung durch die Berücksichtigung aller Teilsysteme etwa 40 % effizienter sein, da sie zusätzlich Synergien durch Vernetzung, Energiecontrolling und -rückgewinnung nutzt. Die Forscher entwickeln einerseits Einzeltechnologien weiter, andererseits betrachten sie das Zusammenwirken von Gebäudehülle und technischer Gebäudeausrüstung, Prozesstechnologie und Produktionsanlagen.

Hierfür verknüpfen sie Wärmequellen und -senken: Die Abwärme von Wärmebehandlungsanlagen kann zur Erwärmung von Reinigungsbädern oder zur Erzeugung von Kälte mittels Sorptionstechnik verwendet werden. Das Produktionsgebäude kann als Wärmesenke für Niedrigtemperaturabwärme sowie zur Erzeugung von Kaltwasser durch Wärmeabgabe an die Umgebung oder zur solarthermischen Wärmeerzeugung genutzt werden.

Referenzanlage ist bereits in Betrieb

Eine erste Referenzanlage, bildet eine reale Produktionsprozesskette zur Herstellung eines Hydraulikpumpenbauteils ab. Diese besteht aus spanenden Werkzeugmaschinen, wässrigem Bauteilreinigungs- und Laserreinigungsverfahren sowie Wärmebehandlungsofen. In dem Versuchsstand untersuchen die Darmstädter Forscher, wie durch die Vernetzung einer Werkzeug- und einer Reinigungsmaschine genutzt werden kann. Dabei ist ein zentraler Aspekt, was die mit verschiedenen Anlagenkombinationen erreichbaren Einsparungen jeweils kosten. In die Versuchsanlage wurden eine Wärmepumpe und zwei zusätzliche Speicher (einer für Wärme, einer für Kälte) integriert. Die Wärmepumpe erreicht einen COP von 4,5. Die Forscher entwickeln diese Technologien weiter und arbeiten weiterhin daran, die durch die Einbindung des Fabrikgebäudes erschließbaren Potenziale zu erschließen.

Forschung und Lehre in der Fabrik

Die Federführung des Projektes liegt beim Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen (PTW) der TU Darmstadt. Im Projekt arbeiten 36 Forschungspartner aus Industrie und Wissenschaft zusammen. Bei der Grundsteinlegung betonte Institutsleiter Eberhard Abele: „Wir haben hier ein tolles Instrument für Forschung und Forschungstransfer. Die ETA-Fabrik wird kein singuläres Element bleiben. Das Projekt ist ausbaufähig.“ In dem speziell entwickelten Produktionsgebäude der neuen Lernfabrik wird interdisziplinär an einer realen Prozesskette geforscht, begleitet durch einen Industriearbeitskreis.
Zur Bedeutung des Projektes betonte Dr. Hans-Christoph Wirth vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie: „Das Energiesystem der Zukunft wird weitgehend auf Technologien beruhen, die heute noch nicht verfügbar oder noch unbekannt sind.  Ohne Energieforschung werden diese Technologien nie erschlossen werden.“

In der Forschungs-Fabrik werden Wissenschaftler, Studierende und Fachkräfte lernen und erleben können, wie die Verbesserungen der verschiedenen System-, Technik- und Management-Bausteine ineinandergreifen. Es wird demonstriert, welche Einsparungen beispielsweise durch Abwärmerückgewinnung, kaskadierte Energienetzwerke und optimierte Prozessführung im Betrieb erreichbar sind.

Bereits im Vorgängerprojekt Maxiem (s. BINE PI 03/2014) konnten die Darmstädter Forscher durch die Optimierung und Neuabstimmung der Komponenten einer Metallbearbeitungsanlage mehr als die Hälfte der Energie einsparen.

Das Gesamtprojektvolumen der ETA-Fabrik umfasst rund 15 Millionen Euro, davon finanziert das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie acht Millionen Euro.

 

 

 

Verknüpfte Projekte

  • Wenn Werkzeugmaschinen ein komplexes Bauteil bearbeiten, fließt oft nur etwa 20% der eingesetzten Energie in die eigentlichen Spanprozesse. Hauptverbraucher sind vielmehr periphere Komponenten der Maschine, wie Kühlsysteme oder hydraulische Antriebe. Im Projekt Maxiem zeigen Wissenschaftler der TU Darmstadt gemeinsam mit Partnern aus der Industrie, wie sich dieser Energiebedarf im Idealfall mehr als halbieren lässt. ... mehr

Adressen

Prof. Dr.-Ing. E. Abele | Prof. Dr.-Ing. J. Metternich
Technische Universität Darmstadt
Institut für Produktionsmanagement, Technologie
und Werkzeugmaschinen (PTW)
Petersenstr. 30,
64287 Darmstadt
Tel. +49 6151 / 16 2156
Email infoatptw.tu-darmstadt.de