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Projektinfos  – Energieforschung konkret

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Die ETA-Fabrik auf dem Campus Lichtwiese der Technischen Universität Darmstadt dient als Forschungs- und Demonstrationsanlage
© Eibe Sönnecken, TU Darmstadt, PTW
Fabrik der Zukunft
Projektinfo 03/2018

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
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Energieeffiziente Modellfabrik

Eine in jeder Hinsicht multifunktionale, vielfach vernetzte Fabrik: 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: 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. ETA steht für Energieeffizienz-, Technologie- und Anwendungszentrum. In den Ingenieurwissenschaften bezeichnet der griechische Buchstabe „eta“ den Wirkungsgrad, eine zentrale Kenngröße von Energieeffizienz.

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. Wie eine Fabrik ganzheitlich energieeffizienter arbeiten kann, demonstrieren die Forscher anhand einer Produktionsprozesskette aus der Metallbearbeitung. Über die Forschung für eine energie- und ressourcenoptimierte industrielle Produktion von morgen hinaus dient die multifunktionale Forschungsfabrik der Vernetzung und dem Wissensaustausch zwischen Forschern und Anwendern, sie ist Lernumgebung für Industrie und Lehre und unterstützt den Wissenstransfer in die Praxis.

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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. Gleichzeitig sind Überkapazitäten in der Infrastruktur, bei Erzeugung, Verteilung, Speicherung und Wandlung zu vermeiden. 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

Für jedes einzelne der Handlungsfelder, wie der Bearbeitung und Reinigung der Werkstücke, der Gebäudenutzung sowie der Systemsteuerung, lassen sich die Einsparerfolge verdeutlichen.

Energieeffiziente Zerspanung

Die in der Fabrik eingesetzten Werkzeugmaschinen (Bearbeitungszentrum, Vertikaldrehmaschine, Vertikal-schleifmaschine) 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. Die durch den Prozess definierten Zerspanungsparameter wurden hierbei beibehalten.

Außerdem wurden das Kühlsystem und die Nutzung der unvermeidlich entstehenden Abwärme verbessert. Beispielsweise setzt die Motorspindel einer Drehmaschine etwa ein Fünftel der zugeführten elektrischen Energie in Wärme um. Mit dezentraler Kühlung konnten über 40% der Abwärme abgeführt und für andere Prozesse genutzt werden.

Bei der Kühlung der Schleifmaschine wurde die dezentrale Kompressionskältemaschine durch ein neu entwickeltes Wärmeaustauschmodul ersetzt, das ins zentrale Kältenetz der Fabrik eingebunden ist. Die fluid-gebundene Wärmeabfuhr reduziert auch den Wärmeeintrag in die Produktionshalle, dadurch sinkt wiederum der Energiebedarf zur Klimatisierung.

Projektinfo 03/2018:
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Merkzettel

Adressen

Leitung Verbundprojekt ETA-Fabrik
TU Darmstadt, PTW

Energiecontrolling und Steuerung der Energieflüsse
Bosch Rexroth AG

Energieeffiziente Zerspanungsprozesse
EMAG GmbH & Co. KG

Energie- und medieneffiziente Wärmebehandlung
IVA Schmetz GmbH

Energieeffiziente Bauteilreinigung
MAFAC - E. Schwarz GmbH & Co. KG

Thermische Interaktion Fabrikgebäude, Gebäudetechnik, Prozesskette
ZAE Bayern - Garching

Verbreitung von Forschungsergebnissen der ETA-Fabrik
TU Darmstadt

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

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Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesen Projekten:

eta-Fabrik
Verbreitung der Forschungsergebnisse eta-Fabrik
PHI-Factory