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Datenpunkte zu Industrie-Themen  
Datenpunkte zu Bau-Themen
 Vergrößerungsbereich für Bau- und Industriethemen
 Vergrößerungsbereich für Industriethemen

Abfall- und Kreislaufführung

Projekte

Vermeidung, Verminderung und Verwertung von gefährlichen Abfällen aus der Metallbe- und -verarbeitung

Prozesseigenschaften:
  • Leitfaden für den Umgang mit ölhaltigen Schmierstoff und Schlamm bei der Entsorgen
  • verschiedene technische und organisatorische Möglichkeiten
  • Rangordnung „Vermeidung vor Verwertung vor Beseitigung“
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Gute Praxis

Kreislaufwasser aufbereiten

Für den reibungslosen Ablauf von Prozessen sind stabile Wärme- und Kühlkreisläufe entscheidend. Ablagerungen durch Schmutz, Kalk- und Korrosionsprodukte gefährden die Betriebssicherheit, indem sie sich an sensiblen Bauteilen absetzen können. Um diese sicherzustellen, müssen Schwebstoffen aus dem Prozesswasser gefiltert und der pH-Wert konstant gehalten werden. Die Richtlinie AGFW 510 bietet Hinweise, wie die Aufbereitung zu erfolgen hat.

So wird während des laufenden Betriebes das Kreislaufwasser gefiltert und aufbereitet, wodurch konstenintenisve Prozessunterbrechungen wegfallen.

Hierzu werden 1 – 3 % des täglichen Kreislaufwasservolumens in einer Teilstrom-Filteranlage aufbereitet. Dabei entfernt die erste Filterstufe ungelöste Schwebstoffe im Wasser und im Anschluss daran enthärtet eine Ionenaustauscheranlage das Wasser. Der pH-Wert in der industriellen Wärmeversorgung sollte zwischen 9,0 – 10,0 liegen und relativ salzarm sein, da somit Korrosion und Ablagerungen vermieden werden.

Quelle(n):

  • Jung, W. (2015): Kreislaufwasser im laufenden Betrieb aufbereiten [online]. Vogel Business Media GmbH & Co. KG, 30. Sept. 2015, verfügbar unter: [abgerufen am: 20.06.2017] Link

Reinigung von KSS

Saubere Kühlschmierstoffe sind ein wichtiger Bestandteil, um eine stabile und prozesssichere Bearbeitung zu gewährleisten. So lassen sich die Kühlschmierstoffe der Bearbeitung durch Filtration von Feinstspänen befreien, die beim Verbleiben in der Flüssigkeit die weitere Bearbeitung negativ beeinflussen können, indem sie die Qualität der Bauteile mindern und die Standzeiten der Werkzeuge herabsetzen.
Es bietet sich auch an, KSS zentral maschinell filtern und reinigen zu lassen. Hierbei wird an einer zentralen Stelle im Betrieb eine Reinigungsstation aufgebaut, die dann KSS aller Maschinen aufbereitet. So kann der Transport der KSS von und zum Bearbeitungszentrum mittels Rohrleitungssystemen erfolgen, wodurch sich Transportkosten durch Flurförderfahrzeuge senken lassen.

Quelle(n):

  • Schreier, J. (2015): Großer Waschtag für Kühlschmierstoffe [online]. Vogel Business Media GmbH & Co. KG, 24. Sept. 2015, verfügbar unter: [abgerufen am: 20.06.2017] Link

Sammeln von Spänen

In der Metallbearbeitung stellen Materialkosten einen Großteil der Kosten für ein Produkt dar. Um effizient zu produzieren, wird seit langem Material recycelt. Es lassen sich hierbei aber weitere Optimierungen erzielen.
Es kann durch eine optimierte Spindelanordnung dafür gesorgt werden, dass Späne direkt vom Bauteil auf den Späneförderer fallen. Es sollten tiefe Taschen oder Hinterschnitte vermieden werden, in denen sich Späne unnötig sammeln. So können auch bessere Oberflächengüten und höhere Werkzeugstandzeiten erzielt werden.  Es bietet sich auch an, den Raum  der Maschine zu beobachten, da hier Bereiche auftreten können, in denen sich Späne sammeln. Eine Beseitigung dieser ist der Späneabfuhr förderlich und kann so manuelles Reinigen der Maschine durch den Benutzer erleichtern, wodurch Arbeitszeit eingespart wird.

Um Material einzusparen, kann auch der Blick auf die komplette Produktion gerichtet und schon bei der Planung neuer Fertigungslinien darauf geachtet werden, die Produktion so einzurichten, dass möglichst wenig gespant werden muss.
Sollte sich das Spanen nicht vermeiden lassen, sollten Späne möglichst sortenrein sortiert  und eine Kontamination mittels Kühlschmierstoffe vermieden werden. Sollten große Mengen an Metallabfall anfallen, kann eine Analyse dessen Aufschluss geben, welches Recyclingpotenzial der Abfall, im Hinblick auf mögliche Edelmetallbestandteile, bietet.
Beim inner- und außerbetrieblichen Transport von Spänen sollte darauf geachtet werden, diesen nicht in offenen Gitterboxen und Kisten durchzuführen, da so Kleinstspäne verloren gehen können. Besser sind geschlossene Behälter, die ein transportbedingtes Loslösen verhindern.

Quelle(n):

  • Munde, A. (2007): Stanzabfälle aus Edelmetall recyceln [online]. Vogel Business Media GmbH & Co. KG, 22. Nov. 2007, verfügbar unter: [abgerufen am: 20.06.2017] Link

Videos

Alles raus aus dem Schrott

Perfekter Stoffkreislauf für Aluminium

Aktuatoren

Projekte

Dielektrische Elastomer-Aktoren

Prozesseigenschaften:
  • Neue Aktuator- bzw. Antriebssysteme: Elektroaktive Polymere (EAPs) auf Basis von dielektrischen Elastomeren
  • Energieeffiziente Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie
  • Entwicklung neuartiger Pneumatikventile
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Gute Praxis

Allgemein

Elektrische Aktuatoren sind elektromechanische Stellglieder in einem Regelkreis, die von einem Elektromotor angetrieben werden. Diese werden in der Industrie sowie im Maschinen- und Gerätebau in verschiedenen Anwendungen eingesetzt. Je nach Anwendung unterscheiden sich die Aktuatoren vor allem hinsichtlich der verwendeten Ansteuerungsmöglichkeiten:

  • Linearmotorachsen: hochpräzise und dynamische Servosysteme mittels Direktantriebstechnik
  • Zahnriemenachsen: klassische lineare Servosysteme mit langen Hubwegen
  • Schrittmotorspindelaktuatoren: kostengünstige Alternative für einfache Steuerungsaufgaben bei kleinen Kräften
  • Linearaktuatoren auf Linearmotorbasis: hochdynamisches Aktuatorsystem mit freier Positionierbarkeit, insbesondere als Ersatz für pneumatische Systeme
  • Spindelaktuatoren und Spindelachsen: klassische lineare Servosysteme mit begrenzten Hüben, häufig als Ersatz für pneumatische Systeme
  • Tauchspulenaktuatoren („Voice Coil“-Aktuatoren): Aktuatorsysteme mit Kräften proportional zum Strom (bidirektional, linear, rotatorisch)
  • Hubmagnete und Drehmagnete: rotatorische oder lineare Stellglieder

Pneumatische Aktuatoren sind Stellglieder in einem Regelkreis, die pneumatisch, d. h. mittels Druckluft (z. B. Druckluft-Zylinder mit Kompressor), angetrieben werden. Durch den Steuerdruck wird die Bewegung direkt oder durch eine Hebelübersetzung auf einen Zylinderkolben, eine Klappe oder ein Ventil übertragen.

Pneumatische Aktuatoren sind ähnlich wie hydraulische Verstellsysteme in der industriellen Automation lange etabliert. Demgegenüber sind elektrische Aktuatoren als Stellglieder auf dem Markt noch nicht so weit verbreitet. Jedoch ist ein zunehmender Trend zum Einsatz elektromechanischer Aktuatoren zu verzeichnen, da diese vielfach besser steuerbar sind und Geschwindigkeit sowie Bewegungsprofil flexibel angepasst werden können. Demgegenüber können bei pneumatischen Aktuatoren Fluktuationen bzw. Lecks im Druckluftsystem auftreten, welche die Funktionsweise der Aktuatoren negativ beeinträchtigen und entsprechende Prozessschwankungen verursachen.

Quelle(n):

  • Drescher, U. (2013): Elektrische und pneumatische Antriebe im exakten Vergleich [online]. Vogel Business Media GmbH & Co. KG, 19. März 2013, verfügbar unter: Link
  • Renner, C. (2011): Der Energiesparer – Vergleich zwischen Verstellsystemen sieht elektrische Systeme energetisch vorn [online]. WEKA Business Medien GmbH, 01. März 2011, verfügbar unter: [abgerufen am: 16. Jan. 2015] Link
  • Büngers, A. (2012): Fluidtechnische Aktoren. Sommersemester 2012. Technische Hochschule Mittelhessen, auch verfügbar als PDF unter: [abgerufen am: 16. Jan. 2015] Link

Elektrische Aktuatoren - Energieeffizienz

Elektromechanische Aktuatoren unterscheiden sich von hydraulischen und pneumatischen Aktuatorsystemen durch einen deutlich niedrigeren Energieverbrauch bezogen auf das gesamte System. Diese hohe Energieeffizienz ist zum einen darauf zurückzuführen, dass bei der Übertragung der Antriebsenergie keine Verluste entstehen, da ein Puffermedium aus Hydraulikflüssigkeit bzw. die Druckluft entfällt, durch das zugeführte Energie verloren gehen kann. Dadurch steigt auch der Wirkungsgrad elektromechanischer Aktuatoren auf über 80 %, d. h., ein direkter Antrieb mit einem Linearaktuator erzeugt aus einer kleinen Antriebsleistung eine größere Arbeitsleistung mit weniger Energieaufwand. Zum anderen verbrauchen diese Systeme im Ruhezustand keine Energie (selbsthaltend konfigurierbar), im Gegensatz zu hydraulischen und pneumatischen Aktuatorsystemen, bei denen meistens eine Pumpe bzw. ein Kompressor durchgehend (Energiezufuhr auch im Stillstand) betrieben werden muss, um den notwendigen Druck aufrechtzuerhalten.

Im Gegensatz zu hydraulischen und pneumatischen Aktuatorsystemen werden keine Schläuche, Ventile, Filter und Druckbehälter sowie Fluide (Hydrauliköl, Druckluft) benötigt, so dass ein entsprechend geringerer Materialeinsatz bzw. -austausch anfällt. Weitere Vorteile: einfachere, kompaktere Bauweise und Steuerung, geringerer Energiebedarf, höhere mechanische Präzision, reduzierter Wartungs- und Kostenaufwand und weniger Lärmemissionen.

Quelle(n):

  • Drescher, U. (2011): Linearantriebe – Linearaktuatoren ersetzen Hydraulik- und Pneumatikzylinder [online]. Vogel Business Media GmbH & Co. KG, 07. Jul. 2011, verfügbar unter: Link
  • Ludwig, L. (2011): Fluidtechnik-Alternative findet mehr Anhänger [online]. Verlag moderne industrie GmbH, 22. März 2011, verfügbar unter: [abgerufen am: 16. Jan. 2015] Link

Pneumatische Aktuatoren - Richtige Dimensionierung

Durch die richtige Dimensionierung pneumatischer Aktuatoren kann Energie eingespart werden. Dazu kann mit entsprechenden Software-Tools die für die Anwendung richtige Systemkomponente ausgewählt werden, d. h., bei Verwendung von Komponenten (z. B. Druckluftzylinder, Schläuche und Ventilen), die nur so groß sind wie die jeweilige Anwendung es fordert, kann ein unnötiger Energieverbrauch für die damit verbundene höhere Energie vermieden werden. Dadurch reduzieren sich der Druckluftbedarf und gleichzeitig auch der Energiebedarf um bis zu 35 %.

Quelle(n):

  • Festo Vertrieb GmbH & Co. KG (kein Datum): Energieeffizienz@Festo. Festo Vertrieb GmbH & Co. KG, auch verfügbar als PDF unter: Link

Richtlinie zur Effizienzsteigerung von elektrischen und pneumatischen Aktuatoren

Wie bei elektrischen Antrieben gilt auch hier die neue europäische Ökodesign-Norm EN 50598, die ganzheitliche ökologische Anforderungen wie Energieeffizienz und Ökobilanzierung an Aktuatorsysteme stellt. Basierend auf der „ErP“-Richtlinie der EU (Energy-related Products) werden Mindeststandards für energieverbrauchende Produkte aus verschiedenen Bereichen wie Industrie, Dienstleistungen etc. festlegt. Danach müssen alle Produkte, die elektrische Energie umsetzen, hinsichtlich ihres Wirkungsgrades bzw. ihrer Verluste bewertet werden. Bezogen auf den Wirkungsgrad sind elektrische Aktuatoren mit einem Wirkungsgrad von über 80 % den pneumatischen Aktuatoren (Wirkungsgrade in der Regel von 10 – 15 %) weit überlegen.

Quelle(n):

  • Siemens Aktiengesellschaft (2015b): Fakten zur neuen europäische Ökodesignnorm EN 50598 im Überblick [online]. Siemens Aktiengesellschaft
  • Pfeiffer, J. (2014): Linearsystem – Elektrische Linearaktuatoren mit Wirkungsgrad von über 80 Prozent [online]. Vogel Business Media GmbH & Co. KG., 11. März 2014, verfügbar unter: Link

Vergleich elektrische und pneumatische Aktuatoren

Durch eine bessere Kontrollierbarkeit und Präzision sowie kürze Rüstzeiten und hohe Zuverlässigkeit bei geringem Wartungsaufwand ermöglichen elektrische Aktuatoren eine höhere Produktivität und damit auch eine höhere Betriebseffizienz. Deshalb werden elektrische Aktuatoren in der Handhabungstechnik, in der Verpackungsindustrie, Medizintechnik und Elektronik gegenüber pneumatischen Aktuatoren bevorzugt eingesetzt.

Die Frage, welcher der beiden Aktuatortypen die beste Energieeffizienz (bezogen auf den Gesamtprozess) aufweist, lässt sich nicht generell beantworten, da die Effizienz stark von der jeweiligen Anwendung abhängt und in jedem Einzelfall analysiert werden muss. So sind pneumatische Aktuatoren am effizientesten für Bewegungen mit weniger als drei Positionen oder für den Einsatz mit großer Kraftausübung auf kleinstem Raum. Demgegenüber sind elektrische Aktuatoren für flexible, komplexe und präzise Positionieraufgaben sowie bei größeren Weglängen (> 100 cm), höheren Geschwindigkeiten und kurzen Zyklen effizient einsetzbar. Werden pneumatische und elektrische Aktuatoren miteinander verglichen, wenn sie gleiche Bewegungen ausführen, so stellt sich je nach Anwendung ein ganz unterschiedlicher Energiebedarf heraus.

Wie bei elektrischen Antrieben bestehen bei den elektrischen Aktuatoren auch zusätzliche Effizienzsteigerungspotenziale hinsichtlich Reibungsminderung, Leichtbau und Kühlung der Aktuator-Komponenten.

Quelle(n):

  • Deutsche Energie-Agentur GmbH (2015b): Energieeffizienz-Anforderungen an Elektromotoren [online]. Deutsche Energie-Agentur GmbH [abgerufen am 16. Jan. 2015]
  • Drescher, U. (2011): Linearantriebe – Linearaktuatoren ersetzen Hydraulik- und Pneumatikzylinder [online]. Vogel Business Media GmbH & Co. KG, 07. Jul. 2011, verfügbar unter: Link
  • Knoll, A. (2012): Elektrische Antriebstechnik verdrängt pneumatische nicht [online]. WEKA Fachmedien GmbH, 06. Dez. 2012, verfügbar unter: [abgerufen am: 16. Jan. 2015] Link

Bauteilreinigung

Projekte

Bandstahlreinigung mit glänzenden Ergebnissen

Prozesseigenschaften:
  • Umweltfreundliche Reinigungsmittel und technologische Innovationen zur Reduktion des Verbrauchs großer Mengen an Wasser und Chemikalien
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Innovationen für die Umwelt - Reinigen mit Licht

Prozesseigenschaften:
  • Umweltfreundliche Reinigungsmethode als Ersatz zu chemischen Reinigern stellt Laserstrahlung dar
  • Absorption des Laserlichts durch Schmutzschicht ermöglicht das Verfahren
  • „dunkle“ Schmutzschicht wird durch Laser abgebrannt, ohne reflektierendes Grundmaterial zu beschädigen
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Innovationen für die Umwelt - Reinigung mit Vibration

Prozesseigenschaften:
  • Reinigung erfolgt mittels Vibration der Bauteile
  • funktioniert bei Öl, Emulsionen und anderen Verunreinigungen
  • Verfahren erzeugt keine Abwässer und Aerosole
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Mineralölfreie Schmierstoffe auf Polymerbasis

Prozesseigenschaften:
  • polymerbasierter Schmierstoff als Ersatz für mineralöl-basierte Schmierstoffe, die mit hoher Toxizität und Persistenz für Umweltprobleme sorgen
  • für Reinigung der Bauteile reicht Wasser um die neuen Schmierstoffe zu entfernen
  • Umweltbelastungen können somit vermieden werden
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Reduzierung von Umweltbelastungen durch Online-Messung von Bandsauberkeit und Ölauflagen auf Stahlband mittels Ellipsometrie

Prozesseigenschaften:
  • Entwicklung und Einsatz von ellipsometrischen Online-Verfahren zur Messung und Überwachung von Restverschmutzungen und Ölbeschichtungen an schnelllaufenden Stahlbändern
  • Erhöhung der Produktqualität und Reduzierung der Umweltbelastung
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Stoffstrommanagement bei der industriellen Fertigung

Prozesseigenschaften:
  • Einsparung von Spülwasser durch Kaskadenspültechnik
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Vibrationsverfahren für ressourcenschonende Bauteilreinigung

Prozesseigenschaften:
  • Entwicklung eines ressourcenschonenden Trockenreinigungsverfahrens zur Inline-Reinigung
  • Beseitigung partikelförmiger Verunreinigung wie Metallspäne
  • Nicht geeignet für Kühl- und Schmierstoffe, Zieh-, Polier- und Schleifmittel
  • Prozesssichere Reinigung bis zu Partikelgrößen > 500 µm
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Gute Praxis

Kaskadenspülung

Bei der Kaskadenspülung werden die zu reinigenden Teile hintereinander durch mehrere Spülbäder transportiert. Erfolgt im letzten Spülbad eine Unterschreitung des Reinigungskriteriums, wird darauffolgend das Spülwasser im ersten Spülbad abgelassen. Das Spülwasser der nächsten Spülbäder wird kaskadenartig in das jeweils vorherige Spülbad gefördert und das letzte Spülbad gleichzeitig mit frischem Spülwasser aufgefüllt. Die zu reinigenden Teile kommen schrittweise immer mit saubererem Wasser in Kontakt. Die Kaskadenstandspülung verbraucht eine geringe Spülwassermenge und ist technisch leicht umsetzbar.

Quelle(n):

  • Technische Universität Dresden – Institut für Automatisierungstechnik (2015): DGO-Arbeitsblatt Spülen. Technische Universität Dresden – Institut für Automatisierungstechnik [abgerufen am: 03. März 2015), S. 245; 252; 340

Minimieren der Reinigung

Folgende Techniken tragen zur Minimierung der Reinigung bei:

  • saubere Arbeitspraktiken
  • Überwachung von Leckagen und Verschüttungen
       - Regelmäßige Inspektion der Arbeits- und Lagerbereiche
       - "Verschüttungs-Pläne", um sofort auf Verschüttungen aller Größen reagieren zu können
       - umgehende Wartung, zum Stoppen von Materialleckagen
  • Verhindern von Korrosion und Verschmutzung beim Lagern und Bearbeiten des Materials wie Metallwerkstücken

Vorteile:

  • Minimieren des verwendeten Reinigungsmaterials, besonders der Lösemittel
  • Reduzieren der unnötigen Belastung durch Roh- und Reinigungsmaterial

Quelle(n):

  • Umweltbundesamt (2007): Beste verfügbare Techniken für die Oberflächenbehandlung unter Verwendung von organischen Lösemitteln. Umweltbundesamt, Dessau, auch verfügbar als PDF unter: , S. 478 Link

Reinigung mit Lösemittelrückgewinnung

Spüllösemittel werden zur Reinigung der Spritzpistolen/Applikatoren und Linien zwischen den Farbwechseln zur Verhinderung von Verschleppungsverunreinigungen verwendet. Das Reinigungslösemittel wird zur Reinigung der Ausrüstungsteile und der Kabinen eingesetzt. Die Spül- und Reinigungslösemittel können gesammelt, gelagert und wiederverwendet oder durch thermische oder biologische Behandlung abgebaut werden. Einige moderne Lackieranlagen sind mit einer Rückgewinnungsanlage für die benutzten Reinigungsmittel ausgerüstet.

Vorteile:

  • 80 – 90 % der Reinigungs- und Spüllösemittel können zur Wiederverwendung zurückgewonnen werden
  • reduzierte VOC-Emissionen
  • kann bei lösemittelbasierten Lackauftragsverfahren und allen Arbeiten mit Lösemitteln zur Reinigung von Kabinen angewendet werden
  • gesammelte Lösemittel können vor dem Wiederverwenden im Prozess behandelt oder aus der Anlage zur Wiederverwendung durch den Orginalzulieferer oder dritte Personen entfernt werden

Quelle(n):

  • Umweltbundesamt (2007): Beste verfügbare Techniken für die Oberflächenbehandlung unter Verwendung von organischen Lösemitteln. Umweltbundesamt, Dessau, auch verfügbar als PDF unter: , S. 482 Link
  • Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (2008) – Lösemittelrückgewinnung durch Destillation nach REACH: Unterliegt die stoffliche Wiederaufbereitung von verunreinigten Abfällen und Lösemitteln durch Destillation der REACH-Verordnung? [online]. Bayerisches Landesamt für Umwelt, 10. Jan. 2008, verfügbar unter: [abgerufen am: 03. Mär. 2015] Link
  • Megtec (2014): Einhaltung der Umweltschutzauflagen und Verbesserung des Energienutzungsgrades – Gas- und Lösungsmittelreinigung. Megtec, S. 11

Reinigung und Wiederverwendung von Emulsionen

Walzemulsionen werden zum Zwecke der Kühlung, Schmierung und Reinigung auf die Walzen gesprüht. Eine Verunreinigung der Emulsion erfolgt durch Aufnahme von Feststoffen, Stahlsplittern, Zunder und Staub. Heutzutage werden Emulsionen in geschlossenen Kreislaufsystemen verwendet, in denen Reinigungsvorrichtungen installiert sind, um die Emulsionsqualität zu erhalten und so Beschädigungen der Oberflächenbeschaffenheit, z. B. des Bandes oder der Walze, zu minimieren. Zur Entfernung von Verunreinigungen werden Absetzbecken, Trennanlagen, Maschenfilter, Magnetfilter usw. eingesetzt. Nur ein kleiner Teil der Emulsion muss aus dem Kreislauf ausgeschleust und ersetzt werden. Dieser wird vor Ableitung in Emulsionsspaltanlagen behandelt.

Vorteile:

  • reduzierter Verbrauch an neuer Kaltwalzemulsion
  • reduzierte Abwassermenge

Quelle(n):

  • Umweltbundesamt (2001): Beste verfügbare Techniken in der Stahlverarbeitung. Umweltbundesamt, Dessau S. 189

Reinigungsschritte planen

Werden Reinigungsprozesse als integraler Bestandteil der gesamten Fertigungskette betrachtet, sind sie wesentlich ressourcenschonender und wirtschaftlicher umsetzbar. Reinigungsprozesse sollten frühzeitig, z. B. schon während der Planung einer Fertigungsanlage, berücksichtigt werden. Somit sind zusätzliche Kosten einer nachträglichen Integration vermeidbar. Um eine optimale Interaktion zwischen eingesetztem Reinigungsverfahren und dem Produktionsprozess sicherzustellen, sollten bei der Integration von Reinigungsprozessen auch vorgelagerte Prozesse innerhalb der Fertigungskette einbezogen werden. [Santer (2010)]

Die Reinigung von Bauteilen ist oft schon vor Beendigung des letzten Produktionsschrittes sinnvoll. Dadurch werden z. B. die Kumulation von Verunreinigungen und das Eintrocknen der Verunreinigungen oder das Verkleben von Bauteilen zwischen den einzelnen Produktionsabschnitten vermieden. Auch Werkzeugmaschinen sollten rechtzeitig in den Reinigungsprozess mit eingeplant werden. [Umweltbundesamt (2007)]

Quelle(n):

  • Umweltbundesamt (2007): Beste verfügbare Techniken für die Oberflächenbehandlung unter Verwendung von organischen Lösemitteln. Umweltbundesamt, Dessau, auch verfügbar als PDF unter: , S. 476 - 483 Link
  • Santer, C. (2010): Entwicklung emissionsarmer Reinigungsprozesse für Werkstückoberflächen mit besonderer Berücksichtigung von Produktionsprozessen der Automobilzulieferindustrie. Bundesministerium für Verkehr, Innovation und Technologie, Wien, S. 44 - 46

Beleuchtung

Projekte

Energieeffiziente LED-Fluter

Prozesseigenschaften:
  • Einsatz von LED-Flutern anstatt Halogen-Metalldampfstrahler u .a. in Produktions- und Lagerhallen
  • 48 % Energieeinsparung im Vergleich zu konventionellen Beleuchtungsanlagen
  • DMX Steuerung ermöglicht gruppenweise, zielgenaue Ansteuerung der Lampen
  • Weiterte Vorteile: Geringere Spitzenlast, höhere Lebensdauer
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Entwicklung eines energieeffizienten LED-Beleuchtungssystems - Strategien zur Lösung des Binning-Problems

Prozesseigenschaften:
  • LEDs als energieeffizientes Leuchtmittel für die Innenraumbeleuchtung
  • Erforschung zur Erfassung eines visuelle akzeptablen Weißpunkts und einer hohen Farbqualität der Dioden
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Entwicklung und Prototyping einer Hochleistungs-LED-Innenraumleuchte mit optimierter Farbwiedergabe

Prozesseigenschaften:
  • Entwicklung einer modularen Innenraumleuchte mit energieeffizienten Hochleistungs-LEDs als Ersatz für konventionelle Leuchten
  • Bei Einsatz könnte die Leuchte über 60% Energie und CO2 gegenüber der Leuchtstofftechnik einsparen
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Neubau einer energieeffizienten Produktionshalle mit Verwaltung

Prozesseigenschaften:

Beleuchtung

  • Lichtbänder mit Reflektoren ausgestattet
  • Konstantes Lichtniveau durch Fühler, die Beleuchtungsstärke messen und regeln
  • Energieeinsparung durch Dimmen der Beleuchtungsanlage bei Tageslichteinfall
  • Erhöhung der Lebensdauer der Leuchtmittel um ca. 50 % durch dynamisch-elektronische Vorschaltgeräte
  • Insgesamt jährliche Energieeinsparung ca. 50 %

Klima

  • Versorgung der Wärmeverbraucher über geothermische Energie
  • Warmwasserbereitung durch Wärmerückgewinnung aus Druckluftanlage
  • Kühlung erfolgt komplett passiv: Versorgung von Kälteverbrauchern mit aus dem Erdreich heraustretender Sole (max. 14 °C)
  • Durch Quelllüftung wird gleichmäßige Temperaturverteilung, strömungsarmer Lufteintritt und geringe Staubentwicklung erreicht
  • Schnelllauftor verringert Zugluftzeiten von außen
  • Insgesamt jährliche Energieeinsparung ca. 63 %
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Passive Solarsysteme und Komponenten – Tageslichtnutzung bei der Beleuchtungssanierung einer Industriehalle

Prozesseigenschaften:

Ziel: Untersuchung des Einsatzes einer tageslichtabhängigen Regelung von Beleuchtungsanlagen

  • Beispiel: Industriehalle der TU Dortmund
  • Reduktion der benötigten Leistung um 65 % durch Verringerung der Leuchtanzahl
  • Weitere Energiereduktion um 20 – 30 % durch tageslichtabhängige Regelung von fensternahen Lichtbändern
  • Einsparpotenziale sind an ähnliche Gebäudetypen übertragbar
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Gute Praxis

Beleuchtungsnormen

  • Die Vorgaben der europäischen Norm zur Beleuchtung von Arbeitsstätten in Innenräumen (DIN EN 12464-1) sollten beachtet werden.
  • LED-Leuchten und Lampen sollten über eine CE-Kennzeichnung verfügen.
  • Die VDI-Richtlinie 6011 zur Optimierung von Tageslichtnutzung und künstlicher Beleuchtung sollte beachtet werden.
  • Eine Zertifizierung nach VDE bzw. ein Prüfsiegel des TÜV Süd, TÜV Rheinland oder Dekra/KEMA sollte vorliegen.
  • Laut der EnergieAgentur.NRW sollten Hersteller von Leuchten/Lampen sowohl eine Mindestlebensdauer als auch einen Garantiezeitraum von fünf Jahren versprechen.
  • Folgende Gütemerkmale von Leuchten und Lampen sollten auf die jeweiligen Beleuchtungsanforderungen abgestimmt werden: elektrische Gesamtanschlussleistung inkl. Vorschaltgerät, Lichtstrom, Beleuchtungsstärke, Lichtfarbe, Farbwiedergabe sowie effektive bzw. sichere Wärmeableitung.
  • EuP-Richtlinie (Eco-Design Requirements for Energy-Using Products, 2005/32/EG): Angaben über die Europäischen Effizienzstandards und das „Ausphasen" bestimmter Beleuchtungstechniken.

Quelle(n):

  • Buschmann, J. (2015): Rechtliche Rahmenbedingungen und Förderung von Beleuchtungsanlagen. EnergieAgentur.NRW. auch verfügbar als PDF unter: [abgerufen am: 07. Feb. 2015] Link
  • DIN EN 12464-1:2011-08: Deutsches Institut für Normung e.V., : Licht und Beleuchtung - Beleuchtung von Arbeitsstätten - Teil 1: Arbeitsstätten in Innenräumen. Beuth Verlag GmbH, Berlin.
  • VDI 6011: Verein Deutscher Ingenieure e.V., Optimierung von Tageslichtnutzung und künstlicher Beleuchtung. Beuth Verlag GmbH, Berlin

Leuchtenauswahl

Optimal ist die Leuchtenauswahl, wenn für die jeweilige Beleuchtungsaufgabe eine möglichst hohe Lichtausbeute (Wirkungsgrad) und eine gute Farbwiedergabe erreicht werden – bei gleichzeitiger möglichst langer Lebensdauer und niedrigem Energiebedarf der Leuchten. Je nach Branche, Unternehmensgröße und Aufgabenbereich können die Anforderungen an die Beleuchtung stark variieren und entsprechend unterschiedliche Beleuchtungstechnologien und Leuchten zum Einsatz kommen. Beispielweise ist es oft in Produktionsstätten erforderlich, dass der Betrieb der Beleuchtungsanlage unter starker Verschmutzung, hoher Feuchtigkeit, starken Temperaturunterschieden und Explosionsschutzbedingungen gewährleistet ist. Lohnenswert ist die Anschaffung von qualitativ hochwertigen Leuchten, deren mechanische und elektrotechnische Sicherheit beispielsweise durch VDE- bzw. ENEC-Sicherheitszeichen bescheinigt wird. Zudem sollte auf die Montage- und Wartungsfreundlichkeit der gewählten Leuchten geachtet werden. Besonders energieeffizient wird die Beleuchtungsanlage, wenn Tageslicht auch konsequent genutzt wird und Lichtsteuerungssysteme die gezielte und bedarfsorientierte Nutzung von künstlichem Licht ermöglichen.

Beleuchtungskonzept Produktionshallen
In Produktionshallen werden in der Regel hohe Beleuchtungsstärken für große räumliche Bereiche gefordert. Energieeffizienz bei der Beleuchtung zahlt sich deshalb für Unternehmen umso mehr aus. Hier bieten sich LED-Leuchten oder Leuchtstoffleuchten mit elektronischen Vorschaltgeräten und effizienten Spiegelreflektoren an. Wobei LED-Leuchten aufgrund hoher Investitionskosten momentan eher selten in Produktionshallen eingesetzt werden. Aufgrund der hohen Energieeffizienz und der vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten von LED-Systemen, ist davon auszugehen, dass sie zukünftig in Produktionshallen vermehrt eingesetzt werden.

Beleuchtungskonzept Lagerhallen
In Lagerhallen müssen in der Regel große Flächen bzw. hohe Räume beleuchtet werden. Charakteristisch ist zudem, dass bestimmte Aufgaben nur punktuell/vorübergehend anfallen (z. B. wenn Waren aus dem Lager entnommen werden) und dass unterschiedliche Aufgaben (z. B. Versand, Lesebereich) unterschiedliche Beleuchtungsstärken und somit Beleuchtungslösungen erfordern. Leuchtstofflampen oder Hochdruck-Entladungslampen eignen sich in Lagerhallen mit einer Höhe bis 6 m. Für Lagerhallen höher als 6 m bieten sich Hallenreflektorleuchten (ggf. mit Blendschutzsteg) an. Für Hochregallager besonders geeignet sind Lichtbandsysteme für Leuchtstofflampen mit tiefstrahlenden Reflektoren, die in bis zu 15 m Lichtpunkthöhe einsetzbar sind. Für punktuelle Beleuchtungsanforderungen und bei Auftreten häufiger Schaltzyklen eignen sich LED-Systeme besonders gut, da diese sofort ihre volle Lichtstärke generieren können und gut mit häufigen Schaltzyklen zurechtkommen. Wobei LED-Leuchten aufgrund hoher Investitionskosten momentan eher selten in Lagerhallen eingesetzt werden. Aufgrund der hohen Energieeffizienz und der vielseitigen Anwendungsmöglichkeiten von LED-Systemen, ist davon auszugehen, dass sie zukünftig in Lagerhallen vermehrt eingesetzt werden.

Beleuchtungskonzept Werkstätten
Typischerweise werden in Werkstätten lediglich in lokal begrenzten Bereichen sehr hohe Anforderungen an Beleuchtungsstärke und Farbwiedergabe gestellt. Hier eignen sich Leuchtstoff- oder Kompaktleuchtstofflampen als Lichtbandsysteme in trockenen Bereichen und Feuchtraumleuchten in Bereichen mit höherer Feuchtigkeit, ggf. ergänzt durch individuelle Leuchten am Arbeitsplatz.

Quelle(n):

  • Deutsche Energie-Agentur GmbH (2015c): Lichtplanung [online]. Deutsche Energie-Agentur GmbH [abgerufen am: 05. Jan. 2015]
  • Deutsche Energie-Agentur GmbH [DENA LEB] (2015a): Lotsen energieeffiziente Innenbeleuchtung [online]. Deutsche Energie-Agentur GmbH, verfügbar unter: Link
  • Licht.de Fördergemeinschaft Gutes Licht (kein Datum): licht.wissen 05 – Industrie und Handwerk. Licht.de Fördergemeinschaft Gutes Licht, Frankfurt am Main, auch verfügbar als PDF unter: S. 18 , S. 18 Link
  • O. Ö. Energiesparverband (kein Datum): Checkliste für den Einkauf von energieeffizienten Beleuchtungslösungen. O. Ö. Energiesparverband, Linz, auch verfügbar als PDF unter: , S. 4 Link

Lichtausbeute von Leuchtmitteln

Mit der Lichtausbeute lässt sich die Energieeffizienz unterschiedlicher Lampentypen, die in Industriegebäuden/Fertigungsbereichen zum Einsatz kommen, miteinander vergleichen.

Leuchtstofflampen: Während Standard-Leuchtstofflampen ein niedriges Verhältnis Lumen/Watt von ca. 65 lm/W und somit eine geringe Lichtausbeute aufweisen, liegt die Lichtausbeute deutlich höher bei Dreibandenlampen mit einem Durchmesser von 26 mm (T8) bei Betrieb an elektronischem Vorschaltgerät oder bei Dreibandenlampen mit einem Durchmesser von 16 mm (T5), und zwar bei respektive 93 lm/W und über 100 lm/W. T5‑Leuchtstofflampen sind nicht nur deutlich energieeffizienter als Standardleuchtstofflampen, ihre Lebensdauer liegt auch deutlich höher (ca. 20.000 Betriebsstunden statt 7.500 Stunden).

Kompaktleuchtstofflampen: Kompaktleuchtstofflampen bestehen aus miteinander verbundenen dünnen, eng nebeneinanderliegenden Leuchtstoffrohren. Der Betrieb von Kompaktleuchtstofflampen erfordert ein Vorschaltgerät und einen – meistens in der Lampe integrierten – Starter. Hier ermöglichen EVG – neben Dimmen und einem starterlosen Betrieb – höhere Lichtausbeuten (Kompaktleuchtstofflampen: bis 80 lm/Watt; Energiesparlampen: ca. 65 lm/Watt) und längere Lebensdauern. „Energiesparlampen“ sind ein Spezialfall der Kompaktleuchtstofflampen mit im Sockel integrierten EVG. Energiesparlampen benötigen 80 % weniger Energie und ihre Lebensdauer ist 5- bis 15-fach höher als diejenige herkömmlicher Glühlampen, also ca. 5.000 – 15.000 Stunden.

Halogen-Metalldampflampen: Halogen-Metalldampflampen weisen eine hohe Lichtausbeute von bis zu 95 lm/Watt sowie eine hervorragende Farbwiedergabe auf. Ihr Licht lässt sich besonders gut bündeln. Der Betrieb von Halogen-Metalldampflampen erfordert ein Vorschaltgerät, welches zusätzlichen Strom verbraucht. Wird ein EVG eingebaut, dann kommt die Halogen-Metalldampflampe auf eine Lebensdauer von ca. 14.000 Stunden.

Leuchtdioden (LED): LED weisen eine sehr gute Lichtausbeute (bis zu 110 lm/W) und eine sehr hohe Lebensdauer (bis zu 50.000 Betriebsstunden) auf. Dadurch, dass sie sehr klein sind und sich dimmen lassen, sind LED vielseitig einsetzbar. Noch werden LED selten in Produktions- und Lagerhallen verwendet, allerdings ist mit einer verbreiteten Nutzung in den nächsten Jahren zu rechnen.

Quelle(n):

  • Deutsche Energie-Agentur GmbH (2015a): Energieeffizientes Licht [online]. Deutsche Energie-Agentur GmbH [abgerufen am: 05. Jan. 2015]

Lichtmanagement

Ein automatisiertes Lichtmanagement-System sorgt zu jeder Zeit für eine gute nutzer- und bedarfsorientierte Beleuchtung. Lichtsensoren (am Arbeitsplatz, im Raum oder Außenlichtsensoren) ermöglichen die Regelung der künstlichen Beleuchtung in Abhängigkeit des einfallenden Tageslichts. Darüber hinaus kann über Bewegungs- bzw. Präsenzmelder dafür gesorgt werden, dass die Beleuchtung bei Betreten der Anlage sofort an- und bei Verlassen der Anlage zeitversetzt ausgeht. Denkbar ist auch die Nachstellung des Tageslichtverlaufs oder die des circadianen Rhythmus bei Nachtschichtarbeitern. Lichtmanagement-Systeme, die das Tageslicht konsequent nutzen gepaart mit anwesenheitsabhängiger Schaltung der künstlichen Beleuchtung, ermöglichen eine Ersparnis von bis zu 75 % im Vergleich zu konventionellen Beleuchtungssystemen.

Quelle(n):

  • Licht.de Fördergemeinschaft Gutes Licht (kein Datum): licht.wissen 05 – Industrie und Handwerk. Licht.de Fördergemeinschaft Gutes Licht, Frankfurt am Main, auch verfügbar als PDF unter: , S. 11 Link
  • O. Ö. Energiesparverband (kein Datum): Checkliste für den Einkauf von energieeffizienten Beleuchtungslösungen. O. Ö. Energiesparverband, Linz, auch verfügbar als PDF unter: Link

Nutzung von Tageslicht

Die Nutzung des durch Oberlichter oder Fenster einfallenden Tageslichts kann helfen, energieeffizienter zu beleuchten. Sorgt ein Lichtmanagement-System dafür, dass künstliche Beleuchtung nur noch bei Bedarf und zudem ggf. stufenlos hinzugeschaltet wird, wenn das einfallende Tageslicht nicht mehr ausreicht (beispielsweise am Abend oder in den Wintermonaten), können die Menge der benötigten künstlichen Beleuchtung und somit auch Kosten reduziert werden – und dies bei gleichbleibender Beleuchtungsstärke am Arbeitsplatz. Voraussetzung hierfür ist die Einrichtung eines Tageslichtsystems (auch: Tageslichtlenksystem), welches die Nachteile des unkontrollierten Tageslichteinfalls aufhebt.

Quelle(n):

  • Licht.de Fördergemeinschaft Gutes Licht (kein Datum): licht.wissen 05 – Industrie und Handwerk. Licht.de Fördergemeinschaft Gutes Licht, Frankfurt am Main, auch verfügbar als PDF unter: , S. 10 Link
  • Sächsische Energieagentur - SAENA GmbH (kein Datum): Effiziente Beleuchtungssysteme in Produktion, Verwaltung und Handel. Sächsische Energieagentur - SAENA GmbH, Dresden, S. 18 f.
  • VDI 6011: Verein Deutscher Ingenieure e.V., Optimierung von Tageslichtnutzung und künstlicher Beleuchtung. Beuth Verlag GmbH, Berlin

Optimale Beleuchtungsstärke

Die Beleuchtungsstärke in Lux (lx) gibt – unter Berücksichtigung des Einfallwinkels – das Maß des auf eine bestimmte Fläche auffallenden Lichtstroms an. Beleuchtungsstärken in Innenräumen variieren zwischen 50 und 500 lx – zum Vergleich: Bei Sonnenlicht werden Beleuchtungsstärken bis ca. 100.000 lx gemessen. Während die europäische Norm zur Beleuchtung von Arbeitsstätten in Innenräumen (DIN EN 12464-1) Mindestwerte für die Beleuchtungsstärke vorgibt, hängt die optimale Beleuchtungsstärke von der jeweiligen Sehaufgabe ab.

Quelle(n):

  • DIN EN 12464-1:2011-08: Deutsches Institut für Normung e.V., : Licht und Beleuchtung - Beleuchtung von Arbeitsstätten - Teil 1: Arbeitsstätten in Innenräumen. Beuth Verlag GmbH, Berlin.
  • FIZ Karlsruhe – Leibniz-Institut für Informationsinfrastruktur GmbH (2009): Räume ins richtige Licht rücken [online]. FIZ Karlsruhe, Sept. 2009. verfügbar unter: [abgerufen am: 09. Feb. 2015] Link
  • Licht.de Fördergemeinschaft Gutes Licht (kein Datum): licht.wissen 05 – Industrie und Handwerk. Licht.de Fördergemeinschaft Gutes Licht, Frankfurt am Main, auch verfügbar als PDF unter: S. 20 Link

Sanierung und Wartung

Das Ziel jeder Sanierungsmaßnahme im Beleuchtungsbereich besteht darin, bei gleichzeitiger Erhöhung von Beleuchtungsqualität und visueller Ergonomie Energie und somit Kosten einzusparen. Da Energiekosten ca. 50 % der Gesamtkosten eines Beleuchtungssystems ausmachen, hängt es in der Regel von der möglichen Ersparnis bei den Energiekosten ab, ob sich eine Sanierungsmaßnahme aus betriebswirtschaftlicher Sicht lohnt oder nicht. Zum Vergleich: Kosten für Anschaffung, Installation sowie Instandhaltung oder Wartung einer Beleuchtungsanlage stellen jeweils ca. 25 % der Gesamtkosten dar.

Aufgrund von Alterung und Verschmutzung der Lampen, Leuchten und Raumoberflächen sinkt der Lichtstrom eines Beleuchtungssystems mit zunehmender Betriebsdauer. Aus diesem Grund gleichen die angegebenen normierten Werte für die mittlere Beleuchtungsstärke Wartungswerten, die nicht unterschritten werden dürfen. Um zu gewährleisten, dass nach Einbau einer neuen Beleuchtungsanlage deren Beleuchtungsstärke über längere Zeit über diesem Wartungswert bleibt, muss die Planung eines neuen Beleuchtungssystems u. U. von höheren erforderlichen Beleuchtungsstärken ausgehen. Wie viel höher die projektierten Beleuchtungsstärken ausfallen sollen, wird anhand des Wartungsfaktors ermittelt.

Quelle(n):

  • Licht.de Fördergemeinschaft Gutes Licht (kein Datum): licht.wissen 05 – Industrie und Handwerk. Licht.de Fördergemeinschaft Gutes Licht, Frankfurt am Main, auch verfügbar als PDF unter: , S. 12 Link

Vorschaltgeräte

Zum Betrieb energiesparender Leuchtmittel wird für Start und Betrieb ein Vorschaltgerät benötigt. Vorschaltgeräte erhöhen die Lichtausbeute und verlängern gleichzeitig die Lebensdauer des Leuchtmittels, was zur Steigerung der Energieeffizienz beiträgt. LED-Leuchtmittel benötigen kein Vorschaltgerät.

Vorschaltgeräte verbrauchen auch Strom, dieser wird als Verlustleistung bezeichnet. Für Vergleiche der Lichtausbeute unterschiedlicher Leuchtmittel ist deshalb nicht allein die Leistung der Lampe relevant, sondern die Leistung des Systems Lampe plus Vorschaltgerät. Je niedriger der Stromverbrauch des Vorschaltgeräts, desto höher sein Beitrag zur Steigerung des Gesamtwirkungsgrads der Lampe. Von konventionellen (magnetischen) (KVG) über verlustarme (VVG) hin zu elektronischen Vorschaltgeräten (EVG) wurde die Energieeffizienz gesteigert.

Quelle(n):

  • CELMA (2010): Leitfaden der europäischen Beleuchtungsindustrie (CELMA & ELC) zur Anwendung der Verordnung (EG) Nr. 245/2009 der Kommission, geändert durch die Verordnung Nr. 347/2010 zur Festlegung von Anforderungen an die umweltgerechte Gestaltung von Beleuchtungsprodukten im tertiären Bereich. 2. Ausgabe , S. 6 ff.
  • RIESTE Licht GmbH (2015): Vergleich Vorschaltgerät KVG, VVG und EVG für energieeffizienten Betrieb [online]. RIESTE Licht GmbH, verfügbar unter: [abgerufen am: 07. Jan. 2015] Link
  • Sächsische Energieagentur - SAENA GmbH (kein Datum): Effiziente Beleuchtungssysteme in Produktion, Verwaltung und Handel. Sächsische Energieagentur - SAENA GmbH, Dresden, S. 18 f.

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Rundgang LED-Technik in Unternehmen

LED-Leuchten sparen Energie

Büro

Gute Praxis

Einsatz moderner Beleuchtung

Mit dem Einsatz moderner Beleuchtung im Büro können große Ersparnisse im Bereich Energiekosten erzielt werden. Es lassen sich bis zu 80 % Energieeinsparung erreichen wenn  von einer einfachen Leuchtstoffröhre zu einer Lösung übergegangen wird, in der moderne, effiziente Leuchtmittel mit elektronischen Vorschaltgeräten und einer tageslichtabhängigen Lichtsteuerung eingesetzt werden, die eine maximale Ausnutzung des verfügbaren Tageslichtes sicherstellt. Präsenzmelder können unnötige Beleuchtung verhindern, sollte ein Mitarbeiter längere Zeit nicht am Arbeitsplatz sein.
Ein weiterer Schritt betrifft die Vernetzung von Beleuchtungseinheiten. So können LED-Lampen durch eine automatisierte Steuerung und Sensortechnik auf äußere Umwelteinflüsse reagieren und das Licht dementsprechend ändern. Mittels Smartphone oder Tablet lassen sich diese zudem ansteuern und auf bestimmte Nutzerprofile einstellen.

Quelle(n):

  • Vogt, R. (2016): Energiesparend, vernetzt und intelligent: LED-Lampen können mehr als nur leuchten [online]. Vogel Business Media GmbH & co. KG, 11. Okt. 2016, verfügbar unter: [abgerufen am: 20.06.2017] Link
  • Deutsche Energie-Agentur GmbH [DENA] (2017d): Lotse Innenbeleuchtung [online]. Deutsche Energie-Agentur GmbH, verfügbar unter: [abgerufen am: 20.06.2017] Link

Energieeffizientes Arbeiten im Büro zur Reduzierung des Energieverbrauchs

Energieeffizienzmaßnahmen im Büro:

  • Beschaffung energieverbrauchsarmer Produkte, die zum Beispiel mit dem Gütezeichen Blauer Engel (RAL-UZ 171 für Bürogeräte mit Druckfunktion, RAL-UZ 78a für Computer, RAL-UZ 78b für Tastaturen, RAL-UZ 78c für Monitore, RAL-UZ 14 für Recyclingpapier etc.) oder dem amerikanischen Energy Star ausgezeichnet sind
  • Abschalten nicht benutzter Geräte, zum Beispiel über Zeitschaltuhren oder automatische Energiemanagementsysteme während Pausen und nach Büroschluss oder Nutzung der Stand-by Funktionen von elektronischen Geräten 
  • eine Abwärmenutzung größerer Serverstationen können zur Klimatisierung von Büroräumen dienen

Quelle(n):

  • Informationszentrum für betrieblichen Umweltschutz [IBU] (2012): Betrieblicher Umweltschutz in Baden Württemberg [online]. Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, verfügbar unter: www.umweltschutz-bw.de Link

Energiekosten senken durch den Einsatz von energieeffizienter IT

Mit dem Austausch von bisher bestehenden IT-Systemen, wie Desktop-PCs mit vergleichbaren energieeffizienten Geräten, können große Einsparungen an den Energiekosten erreicht werden. Entweder können Desktop-PCs mit moderneren Geräten gleichen Typs oder aber Laptops ersetzt werden. Der Einsatz von Notebooks kann eine Energieeinsparung von bis zu 74 % erzielen, bei neuen Desktop-PCs können Einsparungen bei bis zu 51 % liegen. Des Weiteren bietet es sich auch an, die Mitarbeiter zu energieeffizienterem Nutzerverhalten zu erziehen. Hierzu zählen, Energiesparprofile im Betriebssystem auszuwählen, Bildschirmschoner abzustellen und Monitore bei Nichtnutzung auszuschalten. So ließen sich in einem konkreten Beispiel weitere 8 % Einsparung erreichen

Quelle(n):

  • Deutsche Energie-Agentur GmbH [DENA] (2017b): Projekt: Austausch von Desktop-PCs gegen energieeffiziente Notebooks [online]. Deutsche Energie-Agentur GmbH, verfügbar unter: [abgerufen am: 20.06.2017] Link
  • Deutsche Energie-Agentur GmbH [DENA] (2017c): Projekt: Einsatz energieeffizienter Desktop-PCs bei der Berliner Polizei [online]. Deutsche Energie-Agentur GmbH, verfügbar unter: [abgerufen am: 20.06.2017] Link

Strom sparen im Büro

Zu den einfachsten Stromsparmaßnahmen gehört die energieeffiziente Nutzung von Bürogeräten im Alltag. Hierzu zählt beispielsweise, die Standby-Zeiten zu reduzieren (schaltbare Steckdosenleisten, Zeitschaltuhren), die Energiesparfunktion beim PC zu aktivieren, den Bildschirm bei Nichtgebrauch auszuschalten, die Stromsparfunktionen bei Drucker, Kopierer & Co zu aktivieren und stets die tatsächliche Nutzung der Geräte zu hinterfragen. Zu Beginn einer Neuanschaffung sollten wichtige Fragen zur Anzahl und Ausstattung der benötigten Geräte gestellt werden, denn schon bei der Beschaffung von Geräten ist es entscheidend, auf die Effizienz zu achten. Häufig lohnt sich die Anschaffung eines teureren Gerätes, da bezogen auf die Lebensdauer eines Gerätes (Stichwort LCC) das effizientere, aber teurere Gerät aufgrund der Einsatzdauer das kostengünstigere werden kann. Bei der Beschaffung sollte zudem auf umweltfreundliche Produkte geachtet werden, d. h. auf anerkannte Umweltsiegel (z. B. Der Blaue Engel, Energy Star, TCO-Label etc.).

Quelle(n):

  • Berliner Energieagentur GmbH (2015): Buy Smart+ project [online]. Berliner Energieagentur GmbH [abgerufen am: 23. Jan. 2015]
  • Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit [BMU] (2015): Datenbank Umweltkriterien [online]. Umweltbundesamt, verfügbar unter: [abgerufen am: 23. Jan. 2015] Link
  • Deutsche Energie-Agentur GmbH (2014): Weitere Energie- und Umweltsiegel [online]. Deutsche Energie-Agentur GmbH
  • Die Verbraucher Initiative e. V. (2015): Label ONLINE [online]. Die Verbraucher Initiative e.V., verfügbar unter: http://label-online.de/ [abgerufen am: 26. Jan. 2015]
  • Öhlinger, C. (kein Datum): Strom sparen – Schritt für Schritt im Büro. O.Ö. Energiesparverband, Linz, auch verfügbar als PDF unter: Link

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Weniger Strom im Büro

Druckluft

Projekte

Druckluftversorgung mit Turbokompressoren, Kreislaufkühlung, Adsorptionstrocknung

Prozesseigenschaften:
  • Stromeinsparung durch effiziente Kompressoren und Kompressorenregelung: 2.000 MWhel/a
    (entspricht einer Brennstoffeinsparung von ca. 5.700 MWhBS/a)
  • Brennstoffeinsparung durch Abwärmenutzung: 1.850 MWhBS/a
  • Kühlwassereinsparung: 1 Mio. m³/a
  • CO2-Einsparung gesamt: 1.500 t CO2/a
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Entwicklung eines Systemhardwaremoduls "Compressed-Air-Efficiency-Manager" zur dauerhaften Senkung des Energieeinsatzes bei der Druckluftnutzung

Prozesseigenschaften:

Ziel: Entwicklung eines Systemhardwaremoduls zur Steigerung der Energieeffizienz von Druckluftsystemen

  • Effizienzsteigerung von 33 % und Effektivitätserhöhung von 25 % möglich
  • Compressed Air-Efficiency-Manager übernimmt System Monitoring und die Sicherstellung der Systemeffizienz
  • Druckluftführung erfolgt in geschlossenen Kreisen
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Mit wenig Energie viel bewegen

Prozesseigenschaften:
  • Artikel über eine Studie für Maßnahmen zu energieeffizienten Automatisierung von Antriebstechnologien, die mit Druckluft oder Strom arbeiten
  • Maßnahmen im Bereich effiziente Auslegung der Antriebstechnik und Wärmerückgewinnung
  • Dadurch kann sich die Energieproduktivität um bis zu 50% erhöhen
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Optimierung der Drucklufterzeugung

Prozesseigenschaften:
  • Ermittlung des Druckluft-Einsparvolumen
  • Absenkung des Netzdrucks (von 13 bar auf 7,5 bar)
  • Installation von Druckluftzählern für automatisiertes Druckluft-Controlling
  • Mitarbeiterschulung: Suche nach Leckagen mittels Ultraschall-Ortungsgerät
  • Reduzierung der jährlichen Gesamtkosten um 55 % möglich
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Sie mindern den Druck auf ihr Budget - Wirkungsvolle Kostensenkung durch Druckluftoptimierung

Prozesseigenschaften:
  • Überblick über Einsparmaßnahmen bei Energieverbrauch und Kosten von Druckluft-Technik
  • Leckageverringerung, Abwärmenutzung, Bedarfsanpassung ermöglichen Energieeinsparungen
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Gute Praxis

Druckluftaufbereitung

Zweck der Druckluftaufbereitung ist die Sicherung der Druckluftqualität. Das bei der Drucklufterzeugung entstehende Kondensat wird dazu zuerst über Kondensatableiter geführt, um die Druckluft trocken zu halten. Die Druckluftaufbereitung dient der Schonung von Werkzeugen und Anlagen und trägt zur Umwelt- und Arbeitsplatzsicherheit bei. Folgende Stoffe gilt es zu beseitigen: Feuchtigkeit, Öl, Staub, Keime, Salzkristalle und weitere Luftschadstoffe. Da die Druckluftaufbereitung selbst Energie verbraucht und einen Druckverlust verursacht, muss dieser durch höheren Druck an den Kompressoren kompensiert werden. Deshalb sollte gelten: „So viel Luftdruckaufbereitung wie nötig und so wenig wie möglich“ [Deutsche Energie-Agentur GmbH (2012), S. 18 f.].

Flüssigkeitsabscheidung
Kondensatableiter führen die Flüssigkeit aus dem System ab. Verschiedene Kondensatableiter sind möglich: Schwimmerkondensatableiter (günstig, aber sehr schmutzempfindlich), statische Öl-Wasser-Trennsysteme, Emulsion-Spaltanlagen auf Adsorptionsbasis und Ultrafilter.

Drucklufttrocknung
Trotz Flüssigkeitsabscheidung ist die komprimierte Luft, die den Kompressor verlässt, zu 100 % mit Wasser gesättigt. Damit nicht an späterer Stelle im Druckluftnetz Kondensat entsteht, muss die Druckluft weiter getrocknet werden. Dazu stehen mehrere Verfahren zur Verfügung:

  • Kältetrocknung
  • Adsorptionstrocknung
  • Membrantrocknung

Filtration
Filterstufen werden eingesetzt, um Verunreinigung (Öl, Staub etc.) in der Druckluft zu filtrieren und zu entfernen.

  • Je höher der Filtrationsgrad, desto höher sind die Druckverluste am Filter und desto höher muss folglich der Kompensationsdruck am Kompressor sein.
  • Filterelemente sollten regelmäßig, mindestens einmal pro Jahr, ausgetauscht werden, da der Druckverlust mit steigender Nutzungszeit des Filters zunimmt. Die Höhe der zusätzlichen Energiekosten bei einem Druckverlust von einem bar wird durch den anliegenden Systemdruck mitbestimmt. Bei Niederdruck (1 – 2,5 bar) kann ein Druckverlust von einem bar beispielsweise eine Energiekostenerhöhung von 30 – 50 % bewirken.
  • Spätestens bei einem Druckverlust von 0,35 bar sollte der Filter ausgetauscht werden.

Quelle(n):

  • Deutsche Energie-Agentur GmbH [DENA] (2012): Druckluftsysteme in Industrie und Gewerbe. Ein Ratgeber zur systematischen energetischen Modernisierung. Nov. 2012
  • Ruppelt, E.; Koehler, D. und Itasse, S. (2014): In zehn Schritten zum effizienten Druckluftsystem [online]. Vogel Business Media GmbH & Co.KG, 10. Sept. 2014, verfügbar unter: Link

Druckluftregelung und -steuerung

Steuerungen und Regelungen des Druckluftsystems dienen dazu, dass dem Verbraucher zu jeder Zeit Druckluft in der ausreichenden Menge und Qualität sowie auf dem richtigen Druckniveau zur Verfügung steht.

Übergeordnete Steuerungen
Da die vom Verbraucher benötigte Druckluftmenge nicht konstant in der Zeit ist, sondern vielmehr mit dem Produktionsablauf zyklisch schwankt, sollten übergeordnete Druckluftsteuerungen in Kombination mit mehreren kleineren Kompressoren eingesetzt werden. Je nach tatsächlichem Bedarf ermöglichen diese übergeordneten Druckluftsteuerungen das flexible Hinzu- oder Ausschalten von Kompressoren, um die Nachfrage optimal abzudecken – bei gleichzeitiger Minimierung der Druckluftverluste und somit Optimierung der Energiekosten. „Durch eine gute übergeordnete Steuerung lassen sich oft 20 Prozent der Energiekosten (bezogen auf das Druckluftsystem) einsparen.“ [Deutsche Energie-Agentur GmbH (2012), S. 28]

Gleichzeitig ermöglichen übergeordnete Steuerungen die Überwachung des Druckluftsystems, insbesondere des Druckluft- und Energieverbrauchs sowie der einzuhaltenden Wartungsintervalle. Damit tragen übergeordnete Steuerungen dazu bei, das betriebliche Energiemanagement nach DIN EN ISO 50.001 einzuhalten.

Quelle(n):

  • Deutsche Energie-Agentur GmbH [DENA] (2012): Druckluftsysteme in Industrie und Gewerbe. Ein Ratgeber zur systematischen energetischen Modernisierung. Nov. 2012
  • Ruppelt, E.; Koehler, D. und Itasse, S. (2014): In zehn Schritten zum effizienten Druckluftsystem [online]. Vogel Business Media GmbH & Co.KG, 10. Sept. 2014, verfügbar unter: Link

Druckluftverteilung

Die erzeugte und aufbereitete Druckluft wird von einer Erzeugereinheit zu einer Druckluftanwendung mittels eines Druckluftverteilungssystems hin transportiert. In einem optimal ausgelegten und gewarteten Druckluftverteilungssystem werden Druckniveau, ‑menge und -qualität während des Transports beibehalten. Anforderungen an die Druckluftverteilung:

  • Druckluftleitungen müssen optimal dimensioniert werden.
  • Druckluftleitungen müssen möglichst leckagefrei sein.
  • Druckluftleitungen dürfen die Qualität der Druckluft nicht beeinträchtigen.

Optimale Rohrleitungen

  • Es sollte aufgrund der Langlebigkeit von Druckluftleitungen qualitativ hochwertiges Rohrmaterial verwendet werden.
  • Das Rohrmaterial sollte an die Produktionsbedingungen angepasst werden (z. B. spezielle Anforderungen bzgl. Korrosionsbeständigkeit, chemischer Unempfindlichkeit etc.).
  • Der Durchmesser der Rohrleitungen sollte so ausgelegt werden, dass der Druckverlust möglichst gering ist. (Beispielsweise können zu enge Rohrquerschnitte zu hohen Druckabfällen führen.)
  • 90°-Winkel im Rohrnetz sollten vermieden werden, da sie große Druck- und somit Energieverluste mit sich ziehen.
  • Zwecks Vermeidung teurer Leckagen sollten Rohrleitungen verschweißt (Pressfittings), mindestens aber verklebt sein. (Ungeeignet dagegen sind verschraubte oder gehanfte Rohre.)
  • Die Hauptleitung zwischen Kompressorenstation und Verteilungsnetz sollte so dimensioniert sein, dass sie Reserven für zukünftige Erweiterungen bietet.
  • Die Verteilerleitungen zwischen Hauptleitungen und Verbrauchsbereichen können als Stich- oder Ringleitungen ausgelegt werden.

Optimale Anschlussstellen zum Verbraucher
Druckluftverluste an den Anschlussstellen werden durch eine höhere Kompressorleistung kompensiert. Dies führt zu höheren Energieverbräuchen und -kosten. Anforderungen an optimale Anschlussstellen zum Verbraucher:

  • Der Anschlussschlauch vom Druckluftverteilungsnetz zum einzelnen Verbraucher sollte möglichst kurz sein, um Druckverluste zu minimieren.
  • Spiralschläuche sollten nicht eingesetzt werden.
  • Es sollte auf passende Durchmesser geachtet werden, da der Wechsel zwischen unterschiedlichen Durchmessern Druckverluste verursacht.
  • Anschlussleitungen sollten wenn möglich nach oben aus der Verteilungsleitung weggeführt werden, damit kein Kondensat austritt.
  • Bei den Kupplungen sollte auf moderne Schnellkupplungen nach dem Kugelhahnprinzip oder auf Standardkupplungen mit Verschlusskörper gesetzt werden, da sie deutlich weniger verlustanfällig sind als beispielsweise selbstentlüftende Schnellkupplungen.

Messungen von Leckagen im Druckluftverteilungsnetz
Grundsätzlich gilt: „Es existiert kein Druckluftsystem ohne Leckagen.“ [Schmidt, Korngiebel (2012)] Leckagen können an den verschiedensten Stellen entstehen: u. a. an Rohrleitungen (z. B. an korrodierten Rohren, defekten Schläuchen und Schraubverbindungen) oder an undichten Ventilen oder Kupplungen. Ursachen für Leckagen können auch in einer fehlerhaften Installation oder einer unzureichenden Wartung des Druckluftnetzes liegen.

Eventuelle Leckagen im Druckluftnetz können entweder durch Kurzzeitmessungen bei Betriebsruhe (beispielsweise Lastmessungen an den Kompressoren) oder durch Langzeitmessungen während des Produktionsbetriebs aufgespürt und gemessen werden. Allerdings machen mögliche Leckagestellen im Druckluftverteilungsnetz selbst (d. h. bevor die erzeugte Druckluft den Verbraucher erreicht), die dadurch identifiziert werden können, dass alle Zugänge zu Maschinen, Werkzeugen und Anlagen – eben zu den Endverbrauchern der Druckluft im Druckluftnetz – vom Netz abgeschlossen werden, nur einen kleinen Bruchteil der gesamten Leckagen im Druckluftnetz aus. Die weitaus größeren Leckagen ergeben sich bei den einzelnen Druckluftverbrauchern bzw. an den Anschlussstellen zwischen Druckluftverteilungsnetz und Verbrauchern.

Zur Identifizierung der Leckagestellen im Druckluftverteilungsnetz und Messung der Leckagemengen stehen verschiedene Methoden zur Verfügung, u. a.:

  • Behältermethode
  • Methode der Nachspeisemengen
  • Abschätzung der Leckagemengen aus geometrischen Daten
  • Leckageermittlung aus Klemmen- oder Volumenstrommessung

Richtwerte für vertretbare Druckluftverluste im Verteilungsnetz
Laut Deutsche Energie-Agentur GmbH [Deutsche Energie-Agentur GmbH (2012), S. 16]: „Bei gut ausgelegten Druckluftnetzen betragen die Verluste für jeden Leitungsabschnitt beispielsweise ≤ 0,03 bar in der Hauptleitung; ≤ 0,03 bar in den Verteilerleitungen; ≤ 0,04 bar in den Anschlussleitungen; ≤ 0,3 bar beim Anschlusszubehör.“

Quelle(n):

  • Bundesamt für Energie (2006): Infoblatt Druckluftleckagen. Energie Schweiz, verfügbar unter: [abgerufen am: 09. Jan. 2015] Link
  • Deutsche Energie-Agentur GmbH [DENA] (2012): Druckluftsysteme in Industrie und Gewerbe. Ein Ratgeber zur systematischen energetischen Modernisierung. Nov. 2012
  • Ruppelt, E.; Koehler, D. und Itasse, S. (2014): In zehn Schritten zum effizienten Druckluftsystem [online]. Vogel Business Media GmbH & Co.KG, 10. Sept. 2014, verfügbar unter: Link
  • Schmidt, M. und Korngiebel, H. (2012): Ultraschall kommt Druckluftleckagen auf die Spur [online]. Vogel Business Media GmbH & Co. KG, 24. Feb. 2012, verfügbar unter: [abgerufen am: 09. Jan. 2015] Link

Kompressoren

Es sollten Kompressoren mit hohem Wirkungsgrad ausgewählt werden. Zur Erzeugung des ermittelten Bedarfsdrucks eignen sich entweder einzelne drehzahlgeregelte Kompressoren oder mehrere, kleinere Kompressoren, die zur Deckung des Grund-, Mittel- und Spitzenlastverbrauchs hinzu- oder abgeschaltet werden. Kompressoren sollten nicht überdimensioniert werden, da sie im Teillastbereich schlecht zu regeln sind.

Quelle(n):

  • Deutsche Energie-Agentur GmbH [DENA] (2012): Druckluftsysteme in Industrie und Gewerbe. Ein Ratgeber zur systematischen energetischen Modernisierung. Nov. 2012

Nutzung von Druckluftspeichern

Durch den Einbau von Druckluftspeichern lässt sich die Höhe der erforderlichen Spitzenleistung der Kompressoren reduzieren und somit die Drucklufterzeugung effizienter betreiben.

  • Druckluftspeicherbehälter sollten „eher größer als kleiner ausgewählt werden“ [Deutsche Energie-Agentur GmbH (2012), S. 17].
  • In Druckluftsystemen ohne drehzahlgeregelte Kompressoren oder in solchen mit zu kleinen drehzahlgeregelten Kompressoren hilft ein zentraler Druckluftspeicher, die Schalthäufigkeit der Kompressoren sowie zu große Druckschwankungen zu reduzieren.
  • Dezentrale Druckluftspeicher werden dort eingesetzt, wo die Verbraucher einen stark schwankenden Druckluftbedarf haben, um sie mit Druckluft zu versorgen, ohne Druckeinbrüche im Rest des Druckluftnetzes zu verursachen.

Quelle(n):

  • Deutsche Energie-Agentur GmbH [DENA] (2012): Druckluftsysteme in Industrie und Gewerbe. Ein Ratgeber zur systematischen energetischen Modernisierung. Nov. 2012
  • Ruppelt, E.; Koehler, D. und Itasse, S. (2014): In zehn Schritten zum effizienten Druckluftsystem [online]. Vogel Business Media GmbH & Co.KG, 10. Sept. 2014, verfügbar unter: Link

Wärmerückgewinnung

Der Hauptteil der elektrischen Antriebsenergie, die den Kompressoren zugeführt wird, geht als Abwärme verloren. Da diese Abwärme z. B. zu Heizzwecken oder zur Erhitzung von Prozesswasser genutzt werden könnte – und somit Energiekosten in diesen Bereichen eingespart werden könnten –, sollten unbedingt die Möglichkeiten der Wärmerückgewinnung untersucht werden. Insgesamt können ca. 90 % der elektrischen Antriebsleistung der Kompressoren als Wärme zurückgewonnen werden. Druckluft bietet somit „enorme Energieeffizienzpotenziale“ [Ruppelt (2012), S. 32]. Für jeden Betrieb, der auf Heiz- oder Prozesswärme angewiesen ist, kann die Nutzung der Abwärme aus der Drucklufterzeugung einen wichtigen Beitrag zur Reduzierung der Primärenergiekosten leisten.

Investitionen in Verfahren zur Ausnutzung der Wärmerückgewinnung sind mit Kosten zwischen 35 und 460 € pro kW Abwärmenutzung überschaubar und amortisieren sich sehr schnell, oft innerhalb von zwei Jahren. „Danach steht die Wärme, von geringfügigen Wartungskosten abgesehen, kostenlos zur Verfügung.“ [Deutsche Energie-Agentur GmbH (2012), S. 7] Ab ca. 5 kW elektrischer Antriebsleistung der Kompressoren sowie mehr als 2000 Betriebsstunden p. a. in der Heizperiode lohnt sich die Rückgewinnung von Abwärme zu Heizzwecken.

Abwärmenutzung – Allgemein
Zurückgewonnene Wärme eignet sich insbesondere zu Heizzwecken. Das Verfahren ist besonders energieeffizient, weil die ganze abgestrahlte Wärme genutzt werden kann und der apparative Aufwand minimal ist.

  • Die Energieeffizienz wird noch gesteigert, wenn die Abwärme zu Heizzwecken direkt in angrenzenden Räumen genutzt wird bzw. die Transportwege kurz und somit Wärme- und Druckverluste klein gehalten werden.
  • Kompressoren mit Öleinspritzung eignen sich besonders zur Heizwassererwärmung. Da die Kompressoren nicht immer im Lastbetrieb arbeiten, ist entweder ein Wärmespeicher sinnvoll oder die Synchronisierung der Abwärmeerzeugungs- und Wärmenutzungszeiten.
  • Kompressoren mit Öleinspritzung können zur Brauchwassererwärmung genutzt werden. Der Rückgewinnungsgrad fällt tendenziell besser aus, da der Bedarf an Brauchwasser – anders als bei Heizwasser – über das Jahr konstant bleibt.

Abwärmeauskopplung/Kompressorenkühlung
Luftkühlung: Bei der Luftkühlung wird dem Kompressor kalte Luft zu- und die erwärmte Luft abschließend abgeführt.

  • Bei kleinen Kompressoren wird die Luft durch freie Öffnungen zu- und abgeführt.
  • Bei etwas größeren Kompressoren unterstützen Ventilatoren und ggf. ein Luftkanal das Verfahren bei der Abfuhr der erwärmten Kühlluft.
  • In der kalten Jahreszeit wird die Kühlluft von außen angesaugt, ggf. erfolgt ein Mischluftbetrieb (kalte Luft von außen + warme Luft aus dem Kondensatorenraum als Kühlluft).
  • Luftkühlung eignet sich bei insgesamt kleinen Kompressoren bzw. wenn die abzuführenden Wärmemengen nicht zu groß sind.

Wasserkühlung: Die Kompressoren werden über Kühlwasserkreisläufe gekühlt.

  • Kompressoren können an vorhandene Kühlwasserkreisläufe angeschlossen werden. Frischwasser eignet sich aufgrund der hohen Kosten zur Kühlung nicht.
  • Es sollte nur Kühlwasser genutzt werden, dessen Qualität/Eigenschaften keine Beeinträchtigung für die Kompressorenkühler (Materialbeständigkeit überprüfen!) hervorrufen.
  • Zur Abfuhr der durch einzelne Kompressorenbauteile abgestrahlten Wärme sollte zudem eine Luftkühlung stattfinden.

Wärmetauscher
Sollten abwärme- und wärmesenkendes Medium möglichst unvermischt bleiben, empfiehlt sich der Einbau eines Wärmetauschers. Die Auswahl des passenden Wärmeübertragers hängt in erster Linie von den eingesetzten Medien, den Temperaturbedingungen, den Volumenströmen sowie der Schadstoff-, Feuchte- und Geruchsbelastung der Abluft ab.

Rotationswärmetauscher (Regenerator):

  • Luft-Luft-Wärmeübertrager zeichnet sich durch hohe Wärmerückgewinnung aus.
  • Aufbau: „Wesentliches Bauteil ist die rotierende Masse. In ihr wird die auf der Abluftseite vorhandene Wärme gespeichert und zur Zuluftseite transportiert.“ [Bayerisches Landesamt für Umwelt (2012), S. 33].
  • ungeeignet für geruchs- und schadstoffbelastete Luft
  • großer Platzbedarf

Rekuperator: Platten-, Rohrbündel-, Rippen- und Glasrohrwärmeübertrager:

  • verschiedene Wärmeträgermedien möglich (Wasser, Wasser – Luft)
  • Aufbau: Beide Stoffströme werden durch eine Trennwand getrennt. Es findet kein Stoffaustausch statt.
  • keine beweglichen Teile, daher wartungsarm
  • Wärmeübertragung wird durch Volumenstromänderung geregelt.
  • Druckverluste höher als beim Regenerator

Kreislaufverbundsystem:

  • Aufbau: Die in der Abluft eines Rekuperators enthaltene Wärme wird an ein Arbeitsmedium übertragen und einem zweiten Rekuperator zugefügt. Dort wird die Wärme an die kalte Zuluft abgegeben.
  • schlechter Wirkungsgrad durch den zusätzlichen Kreislauf
  • zusätzlicher Strombedarf zum Betrieb der Umwälzpumpe
  • Größere Entfernungen zwischen Abwärmequelle und -senke können mit einem Kreislaufverbundsystem überbrückt werden.

Wärmespeicher
Wärmespeicher ermöglichen die Speicherung der Abwärme eines nicht immer im Lastbetrieb arbeitenden Kompressors und somit die Verfügbarkeit von wieder nutzbarer Abwärme, auch wenn sich der Kompressor im Leerlaufbetrieb oder Teillastbetrieb befindet.

  • Sensible/kapazitive Wärmespeicher sind die am häufigsten genutzten Wärmespeicher. Das Speichermedium kann hier entweder Heißwasser oder Dampf sein.
  • Latentwärmespeicher nutzen ein Phasenwechselmaterial, um Wärme aufzunehmen und wieder abzugeben.

Quelle(n):

  • Bayerisches Landesamt für Umwelt [BLfU] (2012): Abwärmenutzung im Betrieb. Klima schützen – Kosten senken. Bayerisches Landesamt für Umwelt, Augsburg
  • Deutsche Energie-Agentur GmbH [DENA] (2012): Druckluftsysteme in Industrie und Gewerbe. Ein Ratgeber zur systematischen energetischen Modernisierung. Nov. 2012
  • Ruppelt, E. (2012): Mehr Effizienz in der Druckluft durch Abwärmenutzung. MaschinenMarkt, 9. Jul. 2012 (28/12), S. 32 ff.
  • Ruppelt, E.; Koehler, D. und Itasse, S. (2014): In zehn Schritten zum effizienten Druckluftsystem [online]. Vogel Business Media GmbH & Co.KG, 10. Sept. 2014, verfügbar unter: Link

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Rundgang Teamtechnik Maschinen und Anlagen GmbH

Druckluft ganz leicht gemacht

Elektrische Antriebstechnik

Projekte

Effizienzsteigerung von Werkzeugmaschinen durch Optimierung der Technologien zum Komponentenbetrieb

Prozesseigenschaften:
  • Senkung des Energieverbauchs durch Effizienzsteigerung bei Spindel, Hydraulik, Kühlung und Kühlschmierstoff-Aufbereitung sowie -Bereitstellung
  • Optimierung der Maschinenkühlung durch Einsatz digitaler Scrollverdichter, geregelter Umwälzpumpe, drehzahlvariablem Lüfterantrieb, optimiertem Verflüssiger
  • Reduzierung der hydraulischen Verlustleistung durch Verwendung einer drehzahlvariablen Hydraulikpumpe und eines Druckübersetzers
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Energiebedarfsoptimierte MotorSpindel und angepasster elektrischer Antriebsstrang

Prozesseigenschaften:
  • Erhöhung der Energieeffizienz beim Betrieb von Werkzeugmaschinen
  • Energieverbrauchsreduktion um 25 %
  • Verringerung der notwendigen Energie zum Beschleunigen und Bremsen der Spindel durch geringere Spindelgewichte (Leichtbaumaterialien)
  • Verbesserung der Bearbeitungsgenauigkeit der Spindel und des thermischen Ausdehnungsverhaltens durch Erhöhung von Festigkeit und Temperaturbeständigkeit der Faserverbundwerkstoffe
  • Hochwertige Bleche bei Antriebsspeisung
  • Reibungsverminderung durch Lagergeometrie
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Erhöhung der Energieeffizienz in Asynchronmaschinen durch neuartige Wicklungsanordnungen

Prozesseigenschaften:
  • Das übergeordnete Projektziel, das Erreichen einer Wirkungsgradsteigerung von 3-4 %, konnte numerisch anhand einzelner Betriebspunkte für eine, als Traktionsantrieb typische, Maschinengeometrie nachgewiesen werden
  • Durch die Verwendung der neuartigen konzentrierten Wicklungen besteht die Möglichkeit, auch in axial kurzem Bauraum, Asynchronmaschinen einzusetzen (z. B. im Bereich der Elektromobilität) und damit eine Alternative zu den permanentmagneterregten Synchronmaschinen zu nutzen
  • Die nachgewiesene Steigerung des Wirkungsgrades und Reduzierung des Materialeinsatzes dient der Ressourcen-/Energieeffizienz und trägt damit zum Klimaschutz bei
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Innovativer Linearmotor hoher Kraftdichte mit passivem Stator auf Basis der Transversalflusstechnologie (TransInno)

Prozesseigenschaften:
  • Forschung zu einem Linearmotor, der ohne Permanentmagnete auskommt
  • Anwendungszwecke sind zunächst vorwiegend in der Handhabungs- und Transportindustrie
  • Es sind durch Zwischenspeicherung der Bremsenergie energetische Effizienzsteigerungen um bis zu 40 % möglich
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Mit wenig Energie viel bewegen

Prozesseigenschaften:
  • Artikel über eine Studie für Maßnahmen zu energieeffizienten Automatisierung von Antriebstechnologien, die mit Druckluft oder Strom arbeiten
  • Maßnahmen im Bereich effiziente Auslegung der Antriebstechnik und Wärmerückgewinnung
  • Dadurch kann sich die Energieproduktivität um bis zu 50% erhöhen
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Gute Praxis

Adaptive Motorregler bzw. Motorkontroller

Viele elektrische Antriebe von Maschinen wie Pressen, Kompressoren, Pumpen und Fördersystemen werden zyklisch belastet und laufen demzufolge zeitweise im Teillastbereich oder Leerlauf. Da insbesondere Drehstrom-Asynchronmotoren bei Nennlast ihren optimalen Wirkungsgrad entfalten, geht im Teillast- bzw. Leerlaufbereich Energie verloren (der Wirkungsgrad sinkt). Um dies zu verhindern und die Energieeffizienz zu optimieren, können Motorkontroller eingesetzt werden. Der Motorkontroller erfasst automatisch die aktuelle Last des Motors, bestimmt aus den Leistungsparametern die jeweils energiegünstigste Motorspannung und regelt die entsprechende Energiezufuhr des Motors.

Quelle(n):

  • Kastner, H. (2011): REGELN! - eine preiswerte einfache Möglichkeit der Energiekostensenkung [online]. 07. März 2011 [abgerufen am: 14. Jan. 2015]
  • MK Regeltechnik AG (2015): Adaptiver Regler [online]. MK Regeltechnik AG [abgerufen am: 14. Jan. 2015]

Allgemein

Durchschnittlich etwa 60 – 70 % des elektrischen Energieverbrauchs der Industrie in Deutschland entfallen heute auf elektrische Antriebe. Die elektrischen Antriebe werden in verschiedenen Leistungsklassen eingesetzt: kleine Stellantriebe geringer Leistung, kontinuierlich laufende Antriebe mittlerer Leistung und Hochleistungsantriebe. Dementsprechend ist das Anwendungsspektrum elektrischer Antriebe sehr groß und vielfältig. Neben deren Einsatz in Haushalten, Handel und Gewerbe sowie Verkehrsbetrieben finden elektrische Antriebe überwiegend Anwendungen in Industriebetrieben, vor allem in zahlreichen modernen Produktionsanlagen und Werkzeugmaschinen, z. B. für Pumpen, Kompressoren, Zentrifugen, Schredder, Abfüll- und Sortiermaschienen sowie Pressen. Darüber hinaus werden elektrische Antriebe u. a. in Aufzügen, Kräne, Seilbahnen und diversen Förderanlagen eingesetzt.

Als Antriebstypen werden überwiegend Drehstrom-Asynchronmotoren und Drehstrom-Synchronmotoren verwendet. Demgegenüber sind Gleichstrommotoren bisher in Nischenbereichen, in denen sehr große Leistungen gefragt sind, zu finden. Während früher drehzahlgeregelte Gleichstrommotoren hohe Anforderungen an Antriebe erfüllten, werden diese heute zunehmend durch drehzahlgeregelte Asynchronmotoren mit Umrichtern ersetzt. Daneben haben derzeit auch noch drehzahlfeste Antriebe als Drehstrom-Asynchronmotoren im gewerblichen Bereich einen hohen Anteil.
Folgende Elektromotortypen kommen in der Industrie zur Anwendung:

  • Ungeregelte Asynchronmotoren oder Synchronmotoren
  • Drehzahlgeregelte Asynchronmotoren und Synchronmotoren mit Frequenzumrichter
  • Fremderregte Synchronmotoren
  • Permanentmagnet-Synchronmotoren
  • Magnetfreie Synchron-Reluktanzmotoren
  • Synchron-Servomotor
  • Torque- oder Linearmotor

Die Wahl des jeweils passenden Motors bzw. die Optimierung der Motoren spielt eine zentrale Rolle im jeweiligen Antriebssystem und sollte sich entsprechend den Anwendungen an den jeweiligen Lastanforderungen orientieren.

Ein angepasster und optimierter Materialeinsatz wie Leichtbaumaterialien (z. B. Motorwellen und Spindel aus Faserverbundwerkstoffen, der teilweise bis zu vollständige Verzicht auf Magnetmaterialien), eine Optimierung der Wicklung sowie eine intelligente Wärmeregelung bzw. -nutzung können zu einer ressourceneffizienten Antriebstechnik beitragen.

Nicht immer ist der energieeffizienteste Motor die beste Wahl, denn neben der Forderung nach hoher Energieeffizienz bestimmen oftmals sicherheitstechnische Anforderungen (z. B. Ex-Schutz) oder spezifische Umgebungsbedingungen (z. B. lösemittelhaltige Dämpfe, hohe Temperaturen) die Motoreigenschaften mit.

Quelle(n):

  • Neugebauer, R. (2013): Handbuch Ressourcenorientierte Produktion. Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG, München, ISBN 978-3-446-43008-2
  • Volz, G. (2010): Ratgeber – Elektrische Motoren in Industrie und Gewerbe: Motorenarten. Deutsche Energie-Agentur GmbH, Berlin
  • EnergieAgentur.NRW (2010b): Elektrische Antriebe – Potenziale zur Energieeinsparung. EnergieAgentur.NRW, Düsseldorf
  • Quitter, D. (2010): Faserverbundwerkstoffe Höchste Dynamik mit CFK [online]. Vogel Business Media GmbH & Co. KG, 04. Feb. 2010, verfügbar unter: [abgerufen am: 14. Jan. 2015] Link

Angepasste Steuerungstechnik von Maschinen

Zur Effizienzsteigerung von Werkzeugmaschinen und insbesondere ihrer elektrischen Antriebe kann der Energieverbrauch durch steuerungstechnische Maßnahmen reduziert werden. Dabei wird der Energieverbrauch verschiedener Maschinenkomponenten mittels Messungen, Modellen und Simulationen analysiert und für die Gesamtsteuerung verwertet. Auf diese Weise kann die Leistungsaufnahme an den für den Fertigungsprozess benötigten Leistungsbedarf besser angepasst und damit reduziert werden.

Quelle(n):

  • Verl, A.; Eberspächer, P. und Schlechtendahl, J. (2011): Steuerungstechnik senkt Energieverbrauch von Maschinen [online]. Vogel Business Media GmbH & Co. KG , 16. Dez. 2011, verfügbar unter: [abgerufen am: 14. Jan. 2015] Link

Drehzahlgeregelte Asynchronmotoren und Synchronmotoren

Eine effektive Methode, den Verbrauch elektrischer Antriebe zu mindern, ist der Einsatz von Frequenzumrichtern zur Drehzahlregelung. Mit Frequenzumrichtern lässt sich die Versorgungsspannung hinsichtlich Frequenz, Spannung und Phasenzahl regeln und damit die Drehzahl von Motoren. Mit drehzahl- bzw. leistungsgeregelten Motoren können gegenüber ungeregelten Systemen zwischen 20 – 70 % Energie eingespart werden. Darauf beruhen elektrische Antriebe ab der Effizienzklasse IE2 und IE3. Optimierungspotenziale bestehen dabei insbesondere bei Antrieben von Arbeitsmaschinen, bei denen die Produktions- oder Förderleistung über die Antriebsdrehzahl des Motors geregelt wird. Mit diesen energieeffizienten Motoren können in Deutschland 38 Mrd. kWh Strom einspart bzw. eine Reduzierung der CO2-Emissionen von 23 Millionen Tonnen erzielt werden.

Quelle(n):

  • energie.ch ag (2015): Energiesparen mit Frequenzumrichter [online]. energie.ch ag, verfügbar unter: [abgerufen am: 14. Jan. 2015] Link
  • Gräf, M. (2010): Energieeffizienz – Die Automatisierungsbranche entdeckt ein neues Thema [online]. 27. VDE Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e. V., 27. Jan. 2010, verfügbar unter: [abgerufen am: 14. Jan. 2015] Link

Effizienter Servocontroller

Die Energieeffizienz von Servocontrollern, die bei Servomotoren für diverse Industrieanlagen und Maschinen eingesetzt werden, kann durch die Wahl der richtigen Baugröße und durch Vermeidung von Elektronik-Verlusten (belastungsabhängige Verluste, Energieaufnahme im Stillstand des Motors oder im Standby) optimiert werden.

Quelle(n):

  • EnEffAH (2012): Energieeffizienz in der Produktion im Bereich Antriebs- und Handhabungstechnik. EnEffAH, auch verfügbar als PDF unter: Link

Effizienzklassen für Elektromotoren

Für die Produktion von Elektromotoren gilt die Verordnung (EG) Nr.640/2009 zur Durchführung der Richtlinie 2005/32/EG und DIN bzw. Norm IEC 60034-30. Durch die Verordnung müssen seit 2011 für Drehstrom-Asynchronmotoren gesetzlich verpflichtende Mindestwirkungsgrade (MEPS = Minimum Energy Performance Standards) erfüllt werden. Die Europäische Kommission orientiert sich bei der Verordnung technisch am internationalen IE-Standard (IE = International Efficiency) und hat die Effizienzklassen IE1 – IE6 eingeführt.

  • IE1 (Standard-Wirkungsgrad, 88,4 %): durften bis zum 15. Juni 2011 eingesetzt werden.
  • IE2 (hoher Wirkungsgrad, 91 %): durften bei einer Nennleistung von 7,5 bis 375 kW bis zum 31.12.2014 eingesetzt werden.Seit dem 1. Januar 2015 gilt die Effizienzklasse IE3 für Motoren, die eine Nennleistung von 7,5 bis 375 kW aufweisen.
  • IE3 (Premium-Wirkungsgrad, 10 – 15 % höhere Wirkungsgrade als bei IE2): Ab dem 1. Januar 2017 ist die Effizienzklasse IE3 auch für Motoren von 0,75 bis 7,5 kW Pflichtauflage. Eine Ausnahmeregelung gilt für Motoren, die 1) in Flüssigkeiten eingetaucht und betrieben werden, 2) vollständig in ein Produkt integriert sind und bei denen eine spezifische Motoreffizienzbestimmung nicht möglich ist, 3) Bremsmotoren mit einer elektromechanischen Bremseinheit.
  • IE4 (Super Premium Wirkungsgrad, 15 % höhere Wirkungsgrade als bei IE3)

Darüber hinaus werden derzeit von den zuständigen Normgremien mögliche Grenzwerte für die Effizienzklassen IE5 und IE6 festgelegt und auf ihre technische Machbarkeit geprüft.

Die Wirkungsgrade von Elektromotoren können im Wesentlichen durch folgende Maßnahmen verbessert werden:

  • Verringerung der Verluste durch größeren Leiterquerschnitt und optimierte Wickeltechnik
  • Verbesserte Kühlung bzw. Lüftung des Elektromotors
  • Optimierten Motorenbau mit geringeren Fertigungstoleranzen

Quelle(n):

  • Kabus, M. (2010): Wirkungsgradklassen für Elektromotoren. EnergieAgentur.NRW, Jul. 2010, auch verfügbar als PDF unter: [abgerufen am: 23. Apr. 2015] Link
  • Umweltbundesamt (2009): Energieeffizienz bei Elektromotoren – Mindestanforderungen für Umweltentlastungen und Stromeinsparungen beschlossen [online]. Umweltbundesamt, 31. Jul. 2009, verfügbar unter: [abgerufen am: 14. Jan. 2015] Link
  • Volz, G. (2010): Elektrische Motoren in Industrie und Gewerbe: Energieeffizienz und Ökodesign-Richtlinie. Deutsche Energie-Agentur GmbH, Berlin

Effizienzsteigerung

Elektroantriebe zeichnen sich gegenüber anderen Antriebsarten bereits heute durch einen sehr guten Wirkungsgrad aus. Während bei großen Maschinen Wirkungsgrade von bis zu 99 % erreichbar sind, liegen die Wirkungsgrade elektrischer Antriebe in niedrigeren Leistungsbereichen (ca. 900 – 1100 W) zwischen ca. 70 % und 90 %.

Je nach Anwendung und Anforderungen werden verschiedene Ansätze für die Steigerung der Ressourceneffizienz elektrischer Antriebe verfolgt. Insbesondere lassen sich entlang dem Antriebsstrang bei allen Komponenten Energieeinsparungen realisieren. Vor allem sind für elektrische Antriebe bis 2000 W deutliche Energieeinsparungen möglich:

  • ca. 10 % durch Energiesparmotoren
  • ca. 30 % durch elektronische Drehzahlregelung
  • ca. 60 % durch Optimierung des mechanischen Antriebsstranges

Um das Energieeinsparpotenzial ausschöpfen zu können, ist das Wissen bezogen auf die Energieverbräuche und die Wirkzusammenhänge Grundvoraussetzung. Wichtig ist, für den jeweiligen Anwendungsfall zu analysieren, welche effiziente Technologie geeignet und realisierbar ist, auch im Hinblick auf die gesamte System- und Prozesstechnik.

Quelle(n):

  • Munde, A. (2014): Von der Muskelkraft zum Servoantrieb. MaschinenMarkt, 15. Aug. 2014, (34/14) , S. 78 f.
  • Kutny, M. (2014): Großes Energiesparpotenzial beim mechanischen Antriebsstrang. MaschinenMarkt (32-33/14), S. 34 f.

Frequenzumrichter

Die Regulierung von Frequenz und Spannungsamplitude durch einen Frequenzumrichter ermöglicht eine stufenlose Regelung der Drehzahl bei Drehstrommotoren. Dabei werden die ursprünglich gleichförmige Amplitude und Frequenz der Wechselspannung an den aktuellen Bedarf angepasst. Dies führt zu einer Reduzierung des Stromverbrauchs.

Quelle(n):

  • Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie (2010): Untersuchung und Optimierung elektrischer Antriebe. Bayerisches Landesamt für Umweltschutz, Augsburg , S. 11

Hocheffiziente fremderregte Synchronmotoren

Diese Synchronmotoren mit Frequenzumrichter sind besonders effizient, da bei ihnen aufgrund ihrer wesentlich höheren Polpaarzahl (2p = 36) auf ein Getriebe verzichtet werden kann. Als nachteilig zeigen sich allerdings ein vergrößerter Generatordurchmesser und ein höheres Generatorgewicht.

Quelle(n):

  • Schenke, G. (2014): Energieeffiziente Antriebsplanung. FB Technik, auch verfügbar als PDF unter: [abgerufen am: 14. Jan. 2015] Link

Hocheffiziente Permanentmagnet-Synchronmotoren

Insbesondere bei Synchronmotoren, die über keine Rotorwicklung wie Asynchronmotoren verfügen, können Energieverluste am besten verringert werden. Beispiele sind hocheffiziente Permanentmagnet-Synchronmotoren mit Frequenzumrichter und (ggfs. magnetfreien) Synchron-Reluktanzmotoren. Diese Synchronmotoren haben nicht nur einen hohen Wirkungsgrad, sondern erlauben auch aufgrund des Wegfalls der Erregerleistung eine höhere Energiedichte und damit einen kompakteren Motorenbau. Somit lassen sich die Größe und das Gewicht gegenüber fremderregten Synchronmotoren verringern.

Aufgrund der hohen Drehzahlgenauigkeit und des Drehmoment-Motorengrößen-Verhältnisses erlauben Permanentmagnet-Synchronmotoren einen einfacheren Antriebsstrang und in einigen Fällen auch einen getriebelosen Betrieb. So lassen sich Getriebeverluste vermeiden und es kann sogar auf Schmierstoffe teilweise oder ganz verzichtet werden. Damit kann eine höhere Ressourceneffizienz erzielt werden. Hier tritt jedoch das Seltenerdmetall-Problem auf.

Quelle(n):

  • Michel, S. (2014): Hochpräzises Regeln ohne Modularstufe. MaschinenMarkt (32-33/14) , S. 26 ff.
  • Trechow, P. (2014): Hochdrehender Getriebemotor vermeidet Verschleiß ohne Schmierung [online]. VDI Verlag GmbH, 14. Nov. 2014, verfügbar unter: [abgerufen am: 14. Jan. 2015] Link
  • Gontermann, D. (2012): Motoren für die Energiewende [online]. VDE Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e. V., Ausgabe S3, verfügbar unter: [abgerufen am 14. Jan. 2015] Link

Mechatronische Antriebskonzepte

Bei der elektrischen Antriebstechnik wird zukünftig die Mechanik aus Motor und Getriebe mit der Elektronik aus Frequenzumrichtern und Servo Controllern eine Einheit bilden. Damit wird es dezentral möglich sein, das Antriebssystem einschließlich Leistungsversorgung und Netzanschluss komplett in die jeweilige Maschine zu integrieren. Dieses neue Konzept unterstützt die horizontale und vertikale Vernetzung von Maschinen und Anlagen.

Quelle(n):

  • Völkert, A. und Schäfer, R. (2014): Die Antriebe werden immer schlauer und effizienter [online]. MaschinenMarkt (45/14), verfügbar unter: Link

Minimierung der Motorkabellänge

Bei sehr langen Kabeln zwischen Motor und Servocontrollern sind die Energieverluste aufgrund der Kabelleiterwiderstände besonders hoch. Deshalb ist es vorteilhaft, die Kabellängen so kurz wie realisierbar auszulegen, z. B. dadurch, dass die Servocontroller dezentral und so nah wie möglich in der Nähe der Motoren angebracht werden.

Quelle(n):

  • EnEffAH (2012): Energieeffizienz in der Produktion im Bereich Antriebs- und Handhabungstechnik. EnEffAH, auch verfügbar als PDF unter: Link

Nutzung der Bremsenergie

Beim zyklischen Beschleunigen und Bremsen großer Massen, wie z. B. bei Hubantrieben sowie bei allen generatorisch arbeitenden Antrieben, kann zugeführte Energie bei dem Bremsvorgang der Motoren wieder zurückgewonnen werden. Bei der Beschleunigung wird dem Antriebsmotor elektrische Energie zugeführt und diese in kinetische Energie umgewandelt. Beim Bremsen wird diese kinetische Energie durch den Antriebsmotor wieder in elektrische Energie umgewandelt. Obwohl in beiden Fällen Verluste auftreten, kann ein großer Teil der Bremsenergie mittels Frequenz-Umrichter in entsprechenden Speichern (Kondensatoren) gespeichert, wieder ins Stromnetz zurückgespeist (z. B. über Servoregler) oder durch zugeschaltete Widerstände in Wärme umgewandelt und genutzt werden.

Quelle(n):

  • EnEffAH (2012): Energieeffizienz in der Produktion im Bereich Antriebs- und Handhabungstechnik. EnEffAH, auch verfügbar als PDF unter: Link
  • Fahrbach, C.; Frank, K.; Haack, S.; Schemm, E. und Wittschen, W. (2010): Energieeffiziente Antriebs- und Steuerungstechnik. Verlag Moderne Industrie, München

Optimierung von Schaltnetzteilen

Elektrische Antriebssysteme werden teilweise oder ausschließlich mit einer Niederspannungs-Gleichstrom-Versorgung (z. B. 24 Volt) aus kleinen Netzteilen dezentral versorgt. Diese Netzteile weisen in der Regel Wirkungsgrade von 70 – 95 % auf, so dass in dieser Spannweite bereits ein Effizienzpotenzial durch die Verwendung der höher effizienten Schaltnetzteile gegeben ist. Bei der Versorgung mehrerer Antriebssysteme sollte am besten ein gemeinsames Netzteil mit höherer Nennleistung eingesetzt werden, da diese effizienter sind.

Quelle(n):

  • Deutsche Bundesstiftung Umwelt DBU (2016): Energie effizient – Wie Industrie und Gewerbe Energie sparen können. Deutsche Bundesstiftung Umwelt, Osnabrück, auch verfügbar als PDF unter: Link

Reduktion der Energieaufnahme im Standby

Da elektrische Antriebssysteme auch im Standby-Betrieb, z. B. während der Produktionspausen, elektrische Leistung aufnehmen, kann Energie gespart werden, wenn die Spannungsversorgung in diesen Pausen vollständig abgeschaltet wird. Darüber hinaus können Antriebskomponenten im Energiesparzustand betrieben werden, wenn diese entsprechend software- und hardwareunterstützt ist.

Quelle(n):

  • EnEffAH (2012): Energieeffizienz in der Produktion im Bereich Antriebs- und Handhabungstechnik. EnEffAH, auch verfügbar als PDF unter: Link

Stufenlos regelbare Elektroantriebe

Elektromotoren, die verschiedene Lasten antreiben, eine Betriebszeit von mehr als 20 % sowie eine Laufzeit von mehr als 2000 Stunden pro Jahr aufweisen und mit weniger als 50 % ihrer Kapazität laufen, sollten stufenlos regelbare Antriebe bevorzugt werden.

Quelle(n):

  • Europäische Kommission Institut für Technologische Zukunftsforschung (2008): Merkblatt über die beste verfügbaren Techniken für Energieeffizienz. Europäische Kommission

Energieverbrauchsreduktion

Projekte

Energierückgewinnung für Mehrachsmaschinen (ERMA)

Prozesseigenschaften:
  • Forschung und Entwicklung eines Demonstrationsobjekts zur Energierückgewinnung von Mehrachsmaschinen
  • Dafür werden intelligente Steuerungsalgorithmen mit modernen Energiespeichern gekoppelt
  • Es sind Energieeinsparungen im Bereich von 20 % bis 40 % möglich
  • Nutzen: Entlastung des Stromnetzes von Leistungsspitzen und die Möglichkeit kurzfristige Netzstörungen zu überbrücken
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Energiesensitive Steuerung der Produktion (eniMES Framework)

Prozesseigenschaften:
  • Entwicklung eines Energie- und Stoffstrommanagementsystems (eniMES Framework)
  • Senkung des Energiebedarf von Fertigungssystemen im Betrieb
  • Prognose von Energieverbräuchen für eine optimierte Dimensionierung der Infrastruktur
  • Reduzierung des Energiebedarfs um bis zu 20 % möglich
  • Verkürzung der Inbetriebnahmezeit von Fertigungsleitsystemen
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EU-Projekt: eco2cut

Prozesseigenschaften:
  • 33 Projektpartner aus Österreich, Deutschland und Belgien haben zwei Jahre lang am internationalen Kooperationsprojekt „eco2cut“ nach praxisnahen Lösungen gesucht, um den Ressourcenverbrauch in den Produktionsstätten zu optimieren.
  • Der Schwerpunkt des Projektes liegt auf der energetischen Optimierung von Wertschöpfungsprozessen in Klein- und Mittelunternehmen.
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Gesamtenergetische Untersuchung eines Industriebetriebes

Prozesseigenschaften:
  • Gesamtenergetische Untersuchung eines jungen Industriebetriebes (< 10 Jahre)
  • Ermittlung von Verbrauchswerten aller elektrischen Verbraucher (Beleuchtung, Lüftung, Druckluft etc.) an Werktagen und am Wochenende
  • Erstellen von Verbesserungsvorschlägen und Wirtschaftlichkeitsberechnungen
  • Einsparung der Energiekosten von 70.000 €
  • Armortisationszeit entspricht zwei Jahre
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Innovationen für die Umwelt - CO2-neutrales Heizen mit Sonnenkraft

Prozesseigenschaften:
  • durch Einsatz von einer Solarheizung kann >50 % Energieeinsparung erzielt werden
  • Kombination von Solarkollektor mit Wärmepumpe
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Innovationen für die Umwelt - Energiesparende Induktionsheizung mit Supraleitern

Prozesseigenschaften:
  • Einsatz von Supraleitern in der Induktionserwärmung von Metallen bietet großes Einsparpotential
  • Es werden somit Energieverbrauch und Anlagengröße stark reduziert
  • Effizienz bei der Erwärmung von Kupfer und Aluminium kann von 50 % auf über 90 % gesteigert werden
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Innovationen für die Umwelt - Solare Prozesswärme

Prozesseigenschaften:
  • Sonnenlicht wird in Vakuumabsorberrohr gebündelt
  • Vakuumabsorber arbeitet bis 400°C und 40 bar Betriebsdruck
  • Wärme kann so direkt als Prozesswärme verwendet werden
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Management von Energie bei hohem und schnell wechselndem Stromverbrauch

Prozesseigenschaften:
  • Das geschickte Management von Energie ist vor allem in Betrieben mit hohem und schnell wechselndem Stromverbrauch wichtig.
  • Abschaltung von Anlagen mittels automatischer Steuerung bei Energieengpässen
  • Jedem Stromverbraucher im Werk wird vorab eine Priorität zugeordnet, damit sensible Prozesse nicht unterbrochen werden.
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Minimierung nicht wertschöpfender Energieaufwände durch energetische Anlagenoptimierung in KMU

Prozesseigenschaften:
  • Entwicklung einer Methode zur Quantifizierung des tatsächlichen Energieverbrauchs in bestehenden Fertigungsanlagen
  • Zudem eine algorithmische Handlungsanleitung mit Handlungsempfehlungen
  • Bei Umsetzung ist eine Senkung des Energiebedarfs um 10 % eine realistische Größe
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Optimierungsansätze für die energiesensitive Produktion

Prozesseigenschaften:
  • Emissionsfreie Produktion mit reduziertem Energiebedarf und erhöhter Ressourceneffizienz
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Steigerung der Energieeffzienz in einer "Handform-Gießerei"

Prozesseigenschaften:
  • IT-geschützte Synchronisation bzw. Steuerung einzelner Fertigungsschritte
  • Erkennen und Vermeiden möglicher Engpässe durch Frühwarnsystem
  • Einsparung von elektrischer Energie von 1.500 MWh pro Jahr
  • Jährlich ca. 848 t weniger CO2-Emissionen
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Überwachungs- und Regelungssysteme für Werkzeugmaschinen und Produktionsanlagen

Prozesseigenschaften:
  • Ein kompaktes Gerät erfasst nahezu alle prozessrelevanten Energieformen und protokolliert die ermittelten Daten übersichtlich.
  • So kann der Anwender die Energieströme in seiner Maschine erfassen und „stille Verbraucher“ identifizieren.
  • Großes Einsparpotenzial, bietet erfahrungsgemäß die Maschinenperipherie, die aus Pumpen, Spanförderern und anderen Zusatzgeräten besteht, welche sehr einfach in den Ruhephasen abgeschaltet werden könnten.
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Gute Praxis

Energiemanagementsystem

Eine Möglichkeit, die Energieeffizienz langfristig und methodisch im Unternehmen zu erhöhen, liegt in der Einführung eines Energiemanagementsystems (EnMS). Die Transparenz, die durch ein Energiemanagementsystem entsteht, macht es möglich, Einsparpotenziale gezielt zu erkennen, zu heben und deren Nutzen reproduzierbar zu erfassen. Das Energiemanagement umfasst die Summe aller Maßnahmen, die geplant und durchgeführt werden, um bei gleichbleibender Leistung den Energieeinsatz zu reduzieren.

Die grundlegenden Aufgaben eines Energiemanagementsystems umfassen die Analyse, Dokumentation und kontinuierliche Optimierung der betrieblichen Energieverwendung sowie die Ermittlung von Verlustquellen. Auf diese Weise lässt sich ein unnötiger Energieverbrauch vermeiden. Empfohlen wird die Anwendung des sogenannten PDCA-Zyklus: Planen (Plan), Umsetzen (Do), Überprüfen (Check) und Handeln (Act).

Plan-Phase
In der Plan-Phase werden zunächst strategische und operative Ziele festgelegt, gesetzliche Rahmenbedingungen ermittelt und die Energieziele sowie ein Aktionsplan mit Zeiträumen erarbeitet. Auf technischer Ebene werden geeignete Indikatoren für die Energiebezogenen Leistungen (EnPIs) und deren Zielgrößen, Rahmenbedingungen und Eingriffsgrenzen ermittelt. Hierzu zählen u. a. die Ermittlung von Energieeffizienzpotenzialen einer Anlage und den Möglichkeiten für Energieeinsparungen, die Datenerfassung mit Dokumentation, die Identifikation von Verbesserungspotenzialen, die Identifikation von Personen mit direktem Einfluss auf den Energieverbrauch und andere Einflussgrößen.

Die Plan-Phase setzt sich in individuell unterschiedlichen Ausprägungen aus folgenden Elementen zusammen:

  • Identifizieren von Verantwortlichkeiten: Beauftragter, Energieteam
       - Der Energiemanagementbeauftragte sollte dabei eine Stabsstelle innehaben und nur der Geschäftsführung bzw. Standortleitung unterstehen.
  • Berücksichtigung rechtlicher Verpflichtungen und anderer Anforderungen
       - Es wird die Erstellung eines sog. Rechtskatasters empfohlen.
  • Erfassen von Energiedaten (Verbrauch, Kosten, Erzeugung, Umwandlung)
  • Aufbereitung und Dokumentation der gesammelten Daten, energetische Bewertung
  • Ableiten von strategischen und operativen Energiezielen
  • Ausarbeitung eines Energiemanagementprogramms und eines Aktionsplans

Do-Phase
In der Umsetzungsphase werden die Maßnahmen des Aktionsplanes umgesetzt. Hierzu zählen u. a. die Sensibilisierung und gezielte Schulung der Mitarbeiter, die interne und in Teilen externe Kommunikation (Energiepolitik), die Dokumentation und die Ablauflenkung. Die Anwendungsphase setzt sich aus folgenden Elementen zusammen:

  • Sicherstellung der Ressourcen zur Implementierung und Umsetzung des Aktionsplans
  • Sensibilisierung und Bewusstseinsbildung durch interne Kommunikation des EnMS
  • Schulung der Mitarbeiter, insbesondere des Energieteams
  • Dokumentation des EnMS
  • Durchführung der notwendigen Maßnahmen zur Datenerfassung
  • Ablauflenkung und Auslegung aller relevanten Prozesse
  • Beschaffung von Energiedienstleistungen, Produkten, Einrichtungen und Energie

Check-Phase
In der Check-Phase werden die bislang durchlaufenen Schritte hinsichtlich ihrer Zielwirksamkeit bewertet, wie z. B. die Überwachung und Messung, die Einhaltung von Rechtsvorschriften, Korrekturen und präventive Maßnahmen, die Planung und Strukturierung der Dokumentation und Interne Audits.

  • Überwachung und Messung der Ergebnisse des EnMS: Soll-Ist-Vergleich, schnelle Reaktion auf Abweichungen
  • Bewertung der Einhaltung rechtlicher und anderer Vorschriften
  • Interne Auditierung des EnMS
  • Nichtkonformitäten, Korrektur- und Vorbeugungsmaßnahmen
  • Planung und Strukturierung der Dokumentation/Lenkung von Aufzeichnungen
  • Überprüfung durch das Top-Management (Managementreview)

Act-Phase
Die Überprüfung des Energiemanagements muss auf oberster Managementebene erfolgen. Auf der Grundlage der Ergebnisse werden Korrekturen durch Managementreview und Verbesserungsmaßnahmen eingeleitet.

  • Überprüfung durch das Top-Management/regelmäßiges Managementreview
  • Festgelegte Eingabeparameter des Managementreviews/„Mindestanforderungen“
  • Ergebnisse des Managementreviews
  • Entscheidungen und Maßnahmen

Ein gut geführtes EnMS zeigt eine ganze Reihe positiver Auswirkungen:

  • Erhöhte Wirtschaftlichkeit durch Steigerung der Energieeffizienz und Reduktion der Energieverbräuche
  • Reduktion der CO2-Emissionen und dadurch eine verbesserte Umweltwirkung
  • Energie und Energiesteuern sparen
  • Durch gleich mehrere gesetzliche Regelungen fördert der Gesetzgeber die Einführung und Aufrechterhaltung eines EnMS.
       - Strom- und Energiesteuer (Spitzenausgleich nach SpaEfV)
       - Besondere Ausgleichsregelung (BesAR nach § 64 EEG 2014)
       - Förderung von Energiemanagementsystemen (siehe Richtline des BAFA)
  • Mit einem Zertifikat nach ISO 50001 können eine positive Außendarstellung erzielt und die Anforderungen des Energie-Dienstleistungsgesetzes erfüllt werden.

Quelle(n):

  • Bregau GmbH & Co. KG (2017): Bregau GmbH & Co.KG [online]. Bregau GmbH & Co.KG, verfügbar unter: Link

Energiewertstromanalyse und intelligenter Maschineneinsatz

Der Ist-Energiezustand wird analysiert – unter anderem werden der Energieverbrauch pro Takt und pro Bauteil wie auch die Prozesstemperaturen für jeden Fertigungsschritt ermittelt (z. B. durch ein zentrales Messsystem mit mehreren in der Fertigung integrierten Messpunkten). Die gemessenen Werte werden als Verlaufsprofile oder in einem Sankey-Diagramm dargestellt und ausgewertet. Mithilfe dieser Darstellungen können Maßnahmen zum Energiesparen identifiziert werden. Relativ einfache technische und strukturelle Maßnahmen reichten häufig aus, um rund 30 % Energie einzusparen. Häufig können die gewonnenen Daten auch als EnPIs in einem Energiemanagementsystem genutzt werden.

Quelle(n):

  • Klingler-Deisenroth, C. (2012): Gegen Energieverschwendung können Mitarbeiter noch sehr viel tun [online]. VDI Verlag GmbH, 23. Nov. 2012, verfügbar unter: [abgerufen am: 23. Jan. 2015] Link

Strom sparen im Büro

Zu den einfachsten Stromsparmaßnahmen gehört die energieeffiziente Nutzung von Bürogeräten im Alltag. Hierzu zählt beispielsweise, die Standby-Zeiten zu reduzieren (schaltbare Steckdosenleisten, Zeitschaltuhren), die Energiesparfunktion beim PC zu aktivieren, den Bildschirm bei Nichtgebrauch auszuschalten, die Stromsparfunktionen bei Drucker, Kopierer & Co zu aktivieren und stets die tatsächliche Nutzung der Geräte zu hinterfragen. Zu Beginn einer Neuanschaffung sollten wichtige Fragen zur Anzahl und Ausstattung der benötigten Geräte gestellt werden, denn schon bei der Beschaffung von Geräten ist es entscheidend, auf die Effizienz zu achten. Häufig lohnt sich die Anschaffung eines teureren Gerätes, da bezogen auf die Lebensdauer eines Gerätes (Stichwort LCC) das effizientere, aber teurere Gerät aufgrund der Einsatzdauer das kostengünstigere werden kann. Bei der Beschaffung sollte zudem auf umweltfreundliche Produkte geachtet werden, d. h. auf anerkannte Umweltsiegel (z. B. Der Blaue Engel, Energy Star, TCO-Label etc.).

Quelle(n):

  • Berliner Energieagentur GmbH (2015): Buy Smart+ project [online]. Berliner Energieagentur GmbH [abgerufen am: 23. Jan. 2015]
  • Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit [BMU] (2015): Datenbank Umweltkriterien [online]. Umweltbundesamt, verfügbar unter: [abgerufen am: 23. Jan. 2015] Link
  • Deutsche Energie-Agentur GmbH (2014): Weitere Energie- und Umweltsiegel [online]. Deutsche Energie-Agentur GmbH
  • Die Verbraucher Initiative e. V. (2015): Label ONLINE [online]. Die Verbraucher Initiative e.V., verfügbar unter: http://label-online.de/ [abgerufen am: 26. Jan. 2015]
  • Öhlinger, C. (kein Datum): Strom sparen – Schritt für Schritt im Büro. O.Ö. Energiesparverband, Linz, auch verfügbar als PDF unter: Link

Vernetztes Energiemonitoring

Neuartige Methoden und Wege zur Messwertübertragung und -verarbeitung ergeben sich durch den Einsatz elektronischer Sensorsysteme zur Energieerfassung, die dem Nutzer Informationen zum Energieverbrauch und Einzelheiten zu Zeit und Ort des Verbrauchs liefern. Hohe Einsparpotenziale ergeben sich zum Beispiel durch die Unter­drückung von Lastspitzen durch intelligente Energieerfassungssysteme, die als Maximumwächter mit Abschaltfunktionen fungieren können.

Quelle(n):

  • Binternagel, L.(2003): Energiemonitoring in der Gebäudetechnik. Dissertation, Technische Universität München

Videos

Rundgang bei ZF Friedrichshafen AG

Weniger Strom im Büro

Energiecontracting – geplante Flexibilität

Energieeffiziente Aufzüge

Fertigungsdatenerfassung

Projekte

Energieeffiziente Extrusionsanlagen (EcoExtrude)

Prozesseigenschaften:
  • neuentwickeltes Energiemonitoring mit komponentenfeiner Datenerfassung in einer Extrusionsanlage sorgte für deutliche Energiereduktion
  • aus Messdaten konnten Zusammenhänge zwischen Maschinendaten und Energieverbrauch erkannt werden
  • hiermit ließ sich der Prozess und einzelne Komponenten verbessern
  • je nach Maschinenausstattung konnten Einspareffekte von 20 % erzielt werden
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Gute Praxis

Allgemeines

Grundlage jeder Fertigungsdatenerfassung ist die Analyse der im Prozess anfallenden Daten.
Um die Daten sinnvoll zu erfassen, bietet es sich an, Kennzahlen aufzustellen. Der entscheidende Faktor hierbei ist die Zuverlässigkeit der Daten. Hierbei muss beachtet werden, dass mit zunehmendem Integrationsgrad der Produktion die Störeinflüsse auf den Prüfprozess steigen.
Es wird zwischen Initialmessung, sich wiederholenden Messungen und Echtzeitmessungen unterschieden. Initialmessungen werden einmal zu Beginn der Produktion durchgeführt. Diese werden bei Größen angewendet, die sich über die Zeit nicht verändern. Wiederholende Messungen werden z. B. zur Kalibrierung von Maschinen eingesetzt. Messungen in Echtzeit sind stärker in der Produktion verankert und werden in deutlich kürzeren Abständen durchgeführt. Sie werden nach In-Prozess-, Post-Prozess- oder Inline-Messung unterschieden. Der Begriff "Echtzeit" ist unter ISO/IEC TR 18015 definiert und stellt Anforderungen an die Echtzeit auf, da die prozessnahe Datenerfassung und -verarbeitung eine striktere Anforderung an die Echtzeit haben.
Neben externen Sensoren können Daten auch mit maschineninternen Sensoren ermittelt werden, denen eine permanente Datenverarbeitung übergeordnet werden muss, um die Interpretation der Daten gewährleisten zu können. Es ist der Einsatz vorhandener Sensoren vorzuziehen, jedoch ist das Nachrüsten technisch einfach umsetzbar. Um die Daten aufzuzeichnen und zu verarbeiten, bieten sich verschiedene Softwaresysteme an. Hier wird zwischen Maschinendatenerfassungssystemen (MDE), Betriebsdatenerfassungssystemen (BDE) und Manufacturing Execution Systems (MES) unterschieden. MDE-Systeme zeichnen grundlegende Maschinendaten auf, wie z. B. Maschinenzustand, Auslastung und Energieverbrauch. BDE-Systeme erfassen auch Maschinendaten und zudem noch Prozess- und Auftragsdaten, wie z. B. Chargen- und Seriennummern sowie Fertigungszahlen. MES-Systeme unterstützen die Produktionsplanung und -steuerung, indem sie Daten zu der Maschine, der Qualität, dem Personal, dem jeweiligen Produkt und Daten zur Logistik und Fertigung erfassen. Eine Standardisierung der MES ist in der Richtlinie VDMA 66412-1 zusammengefasst.
Der Nutzen der Fertigungsdatenerfassung liegt darin, dass durch die lückenlose Prozesserfassung eine Auswertung der betriebswirtschaftlichen Daten erfolgen kann, wodurch sich Störungen des Prozesses vermindern lassen. Somit kann eine Steigerung des Nutzungsgrades von Produktionsanlagen und -maschinen erzielt werden.

Quelle(n):

  • VDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH [ZRE] (2015a): Material- und Energieeffizienzpotenziale durch den Einsatz von Fertigungsdatenerfassung und -verarbeitung. Kurzanalyse Nr. 10. VDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH, Berlin, verfügbar unter: Link

Einsatz der Green-IT-Strategie

Durch den Einsatz von Green-IT-Maßnahmen ist es möglich, in Energieeinsparungen bis zu 75 % zu erzielen. Unter Green-IT wird der optimierte Einsatz von IT verstanden, zu dem zum Einen intelligente Kühlkonzepte und eine genaue Auslastung von Servern gehören wie auch Energiemanagementsysteme und intelligente Steuerungen von Produktionsabläufen, die von IT unterstützt werden.
Zu den Maßnahmen zählen:

  • den wirklichen Energieverbrauch zu ermitteln, um die IT daran anpassen zu können
  • die Mitarbeiter zu energieeffizientem Verhalten zu ermuntern: Netzschalter zum Feierabend verwenden, Energieeinstellungen auf Sparmodi stellen, Monitore in Pausen abstellen
  • schon beim Planen der IT auf Energieeffizienz achten
  • Desktop-PCs durch Laptops mit Energiesparfunktionen (z .B. UnderVoltage CPUs ) austauschen

Quelle(n):

  • Deutsche Energie-Agentur GmbH [DENA] (2014c): Energiemanagement in kleinen und mittleren Unternehmen, DENA, April 2014, auch verfügbar als PDF unter: Link

Stromverbrauch in Rechenzentren senken

Mit zunehmender Digitalisierung bietet es sich für Firmen an, IT-Infrastruktur in Form von Serveranlagen intern aufzustellen. Hierbei lässt sich der Energiebedarf der Rechenanlagen durch ein Last- und Powermanagement optimal ausnutzen. Ein Optimierungskonzept verbessert dabei Server, Verbindungsstrukturen, Datenspeicher, Klimatisierung und Energiespeicher der Anlagen. So wird die Zahl aktiver Server an den tatsächlichen Bedarf angepasst, indem nicht benötigte Server abgeschaltet und Dienste auf andere Server migriert werden. So ließen sich in einem konkreten Fall 57 % Energie einsparen. Des Weiteren können so ungenutzte Speicher durch eine Softwarelösung auf lokalen PCs als Cloud- oder Backup-Archive umfunktioniert werden.



Quelle(n):

  • BINE Informationsdienst (2014): Stromverbrauch von Rechenzentrum halbiert [online]. Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, Juli 2014, verfügbar unter: [abgerufen am: 20.06.2017] Link

Vernetzte Montagelinien

Durch den Einsatz von standardisierten Schnittstellen, wie z. B. XML (Extensible Markup Language; eine maschinenlesebare, hierarchisch aufgebaute Programmiersprache die zum Austausch von (Text-) Daten geeignet ist) können mehrere Varianten auf ein- und derselben Produktionslinie montiert werden. Kernstück hierbei ist die Vernetzung von Mensch, Maschine und Prozess über Technologien wie RFID oder Bluetooth. Hierbei werden die anfallenden Produktionsdaten in Echtzeit erfasst und über den kontinuierlichen Verbesserungsprozess visualisiert und analysiert. Das Werkstück kann sich somit selbst steuern, da alle produktionsrelevanten Daten in einem  am Werkstückträger angebrachten RFID-Tag hinterlegt sind und jede Bearbeitungsstation die erforderlichen Montageschritte für das Bauteil an einem Montageunterstützungssystem anzeigt.
Individualisierungen der einzelnen Arbeitsplätze für den jeweiligen Mitarbeiter lassen sich durch Bluetooth-Tags erzielen, die der Mitarbeiter bei sich führt und an der Montagestation anmeldet.
Durch die in Echtzeit erfassten Daten können das Qualitätsmanagement, die Arbeitsgestaltung und Instandhaltungsprozesse schnell optimiert werden, wodurch eine Steigerung der Personal-, Prozess- und Ressourceneffizienz erzielt werden kann.

Quelle(n):

  • Technische Universität Darmstadt (2015): Industrie 4.0 - Potentiale, Nutzen und Good-Practice-Beispiele für die hessische Industrie. Meisenbach GmbH Verlag, Bamberg, ISBN 978-3-87525-389-4, auch verfügbar als PDF unter: Link

Verwendung von Analog-Digital-Wandlern

Mit einem Analog-Digital-Wandler lassen sich unkompliziert und schnell Signale und Daten, die bei der Produktion an Maschinen und Prozessen anfallen, aufarbeiten und an Steuerungssysteme und übergeordnete Anwendungen weiterleiten. Diese Daten können dann für die Fehlerbehebung und Optimierung der Prozesse verwendet werden. Die Daten lassen sich über bereits bestehende Sensoren auslesen und halten so den Implementierungsaufwand überschaubar. Daten werden über Netzwerke verteilt und können so durch Optimierung und selbstkorrigierende Produktionsprozesse helfen, die Prozess- und Ressourceneffizienz zu steigern.

Quelle(n):

  • Technische Universität Darmstadt (2015): Industrie 4.0 - Potentiale, Nutzen und Good-Practice-Beispiele für die hessische Industrie. Meisenbach GmbH Verlag, Bamberg, ISBN 978-3-87525-389-4, auch verfügbar als PDF unter: Link

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Weniger Strom im Büro

Schnell, genau und effizient mit Daten-Monitoring

Klimatisierung und Abwärmenutzung

Projekte

Abwärmenutzung bei einem Kupolofen

Prozesseigenschaften:
  • Durch einen neuartigen Rekuperator erfolgt effizientere Wärmerückgewinnung bzw. Abwärmenutzung
  • Sicherheitswärmetauscher gibt Wärme von Thermoöl an Speisewasser des Dampfkessels ab
  • Entkopplung der Prozesse bei Betriebsstillstand möglich
  • Bis zu 66 % weniger Erdgasverbrauch des wärmeabnehmenden Unternehmens (Erdgaseinsparung von ca. 1.100 m³/h)
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Bürogebäude dezentral lüften und klimatisieren

Prozesseigenschaften:
  • Beurteilung von Effizienz und Einspareffekten bei dezentraler Klimatisierung von Bürogebäuden anhand von Praxisbeispielen
  • Werden die Laufzeiten der Lüftungsgeräte an die Anwesenheitszeiten angepasst, können bis zu 30% des Gesamtenergieverbrauchs eingespart werden
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Bürogebäude mit Frischluft kühlen

Prozesseigenschaften:
  • Forschung zu einem Lüftungssystem für öffentliche Einrichtungen mit Verdunstungskühlung in Kombination mit Wärmerückgewinnung
  • Verzichtet dadurch auf den Einsatz von umweltschädlichen Kältemitteln, wie bei herkömmlichen Kompressionskältemaschinen
  • Damit wird im Kühlbetrieb ein COP von 1:8 bis 1:25 erreicht, Systeme mit Kältemitteln maximal 1:4
  • Da nur der Ventilator mit Strom versorgt werden muss, benötigt das System lediglich 400 Watt und 15 Liter Wasser für 3.000 m3/h
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Energetisch und wirtschaftlich optimierte Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung

Prozesseigenschaften:
  • Forschung und Entwicklung eines Prototypen Adsorptionskältemaschine, die mit einem Blockheizkraftwerk gekoppelt wird
  • Die Absorptionskältemaschine arbeitet in zwei-/einstufigen Kreisläufen mit externer Kopplung
  • Ermöglicht eine Primärenergieeinsparung von 50% und ein Drittel der CO2-Emittierung im Vergleich zu Bestandsanlage
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Innovationen für die Umwelt - Solare Prozesswärme

Prozesseigenschaften:
  • Sonnenlicht wird in Vakuumabsorberrohr gebündelt
  • Vakuumabsorber arbeitet bis 400°C und 40 bar Betriebsdruck
  • Wärme kann so direkt als Prozesswärme verwendet werden
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Neubau einer energieeffizienten Produktionshalle mit Verwaltung

Prozesseigenschaften:

Beleuchtung

  • Lichtbänder mit Reflektoren ausgestattet
  • Konstantes Lichtniveau durch Fühler, die Beleuchtungsstärke messen und regeln
  • Energieeinsparung durch Dimmen der Beleuchtungsanlage bei Tageslichteinfall
  • Erhöhung der Lebensdauer der Leuchtmittel um ca. 50 % durch dynamisch-elektronische Vorschaltgeräte
  • Insgesamt jährliche Energieeinsparung ca. 50 %

Klima

  • Versorgung der Wärmeverbraucher über geothermische Energie
  • Warmwasserbereitung durch Wärmerückgewinnung aus Druckluftanlage
  • Kühlung erfolgt komplett passiv: Versorgung von Kälteverbrauchern mit aus dem Erdreich heraustretender Sole (max. 14 °C)
  • Durch Quelllüftung wird gleichmäßige Temperaturverteilung, strömungsarmer Lufteintritt und geringe Staubentwicklung erreicht
  • Schnelllauftor verringert Zugluftzeiten von außen
  • Insgesamt jährliche Energieeinsparung ca. 63 %
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Prozess- und Abwärme Wandlung in elektrischen Strom (PAWELS)

Prozesseigenschaften:
  • Forschung zur Wärmenutzung in der industriellen Produktion am Beispiel der Aluminiumproduktion
  • Die Wärme wird mit Thermoelektrischen Generatoren in elektrische Energie umgewandelt
  • Damit der Generator nicht direkt am Produkt stationiert wird, wird noch ein Flüssigwärmetauscher dazwischen geschaltet um eine einfache Installation in der Praxis zu sichern
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Wärmerückgewinnung aus Rauchgas zur Speisung eines Heißwassernetzes

Prozesseigenschaften:
  • Nutzung der Abwärme aus Rauchgasen von Industrieöfen
  • Einsparung von 218 Kilowatt Heizleistung durch Einsatz von Wärmeaustauschern
  • Jährlich bis zu 385 t weniger CO2-Emissionen
  • Hydraulische Entkopplung von Infrastruktur und Rohrleitungssystemen zur Wärmeauskopplung durch Heißwasserpufferspeicher möglich
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Wärmerückgewinnung und effektive Abwärmenutzung durch Kombination von zwei Prozesslinien

Prozesseigenschaften:
  • Kombination von zwei Produktlinien zur Reduktion des Energiebedarfs durch Nutzung der entstehenden Abwärme (Brüden) zur Trocknung und Beheizung sowie zur Kälteerzeugung mittels Absorptionskältemaschine
  • Abwärmerückgewinnug aus gesättigter Prozessluft über Kondensator
  • Einsparung von jährlich 47294,5 MWh Primärenergie
  • Jährlich bis zu 13.200 t weniger CO2-Emissionen
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Wenn Wetterprognosen die Heizung steuern

Prozesseigenschaften:
  • Heizung wird über eine Wettervorhersage-Steuerung eingestellt
  • Berechnet Verlaufstemperaturen mit mathematischem Optimierungsverfahren und Daten nächstgelegener Wetterstationen
  • In gewerblichen Objekten Einsparungen von Gas- und Hilfsstromkosten bis zu 47% möglich
  • Lässt sich auch bei bestehenden Anlagen mit geringem Aufwand nachrüsten
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Gute Praxis

Abwärmenutzung

BVT (beste verfügbare Technik) im Bereich der Prozess-Abwärmenutzung verhilft dazu, nach Ausschöpfung aller Möglichkeiten zur Abwärmereduzierung und Vermeidung die nicht vermeidbare Abwärme so zu nutzen, dass die Energieeffizienz und damit die Wirtschaftlichkeit des Betriebs gesteigert werden kann.

Neben der Verminderung des Primärenergiebedarfs und der damit einhergehenden Senkung der Energiekosten bietet die Nutzung von Abwärme den Vorteil einer Entlastung der bestehenden Wärmeversorgung bzw. Kühlung sowie einen reduzierten Investitionsaufwand. Kann die Abwärme nicht (vollständig) genutzt werden, ist die Abgabe an Dritte (benachbarte Unternehmen, Siedlungen) zu prüfen.

Es gilt als gute Praxis, die Leistungsfähigkeit von Wärmetauschern durch regelmäßige Wartung zu gewährleisten durch

  • eine regelmäßige Kontrolle des Wirkungsgrades und
  • die Vermeidung oder Beseitigung von Verschmutzungen.

Temperaturniveau
Es gilt: je höher die Effizienz des Wärmetauschers, desto niedriger die notwendige Differenz zwischen Wärmequelle und Wärmesenke. Die spezifischen Investitionskosten für Wärmetauscher sinken i. d. R. mit Höhe der Temperaturdifferenz zwischen Abwärmequelle und Wärmeverbraucher.

Aber auch Abwärme auf einem eher niedrigen Temperaturniveau (30 – 50 °C) kann genutzt werden. Abwärme mit niedrigem Temperaturniveau kann vor allem in Niedertemperatursystemen bzw. Systemen mit niedriger Eingangstemperatur (z. B. Fußbodenheizungen) eingesetzt werden.

Besteht nicht die Möglichkeit, Niedertemperatursysteme mit Abwärme zu speisen oder wird generell ein höheres Temperaturniveau benötigt, bietet es sich an, die Abwärme zur Vorwärmung zu nutzen. So kann in der Brauchwasser-Erwärmung Wasser durch Abwärme vorgewärmt und anschließend mit anderen Energieträgern auf das endgültige Temperaturniveau nachgeheizt werden.

Zeitlicher Verlauf, Bedarfsprofile und Betriebsstunden
Je besser Wärmequelle und Wärmesenke im zeitlichen Verlauf übereinstimmen, desto effektiver kann die Abwärme genutzt werden. Wenn möglich, wird das Bedarfsprofil dem Angebotsprofil angepasst. Nicht immer ist dies umsetzbar, in einem solchen Fall besteht die Möglichkeit, mit einem Wärmespeicher Differenzen abzupuffern. Je mehr Vollbenutzungsstunden eine Anlage erreicht, desto wirtschaftlicher arbeitet sie. Zu beachten ist auch, dass der Wärmebedarf höher liegen kann als das Angebot. Daher muss immer eine alternative Energiequelle (z. B. Spitzenlastkessel) zur Verfügung stehen.

Örtliche Gegebenheiten
Transportverluste zwischen Abwärmequelle und Wärmesenke sind so weit wie möglich zu reduzieren, indem diese räumlich nah beieinanderliegen (z. B. Installation des Wärmespeichers im Kompressorraum). Dies vermindert auch die Kosten für Leitungen. Leitungen sollten möglichst geringe Strömungswiderstände aufweisen und isoliert sein, damit es nicht zu Leistungsverlusten kommt.

Wirtschaftlichkeit
Die Amortisationszeit gibt nur Auskunft darüber, wann das eingesetzte Kapital zurückgeflossen ist. Sie lässt jedoch keine Aussage zur Rentabilität zu. Bei Investitionen im Energiebereich empfiehlt sich auch eine Betrachtung der Rentabilität. Ein geeignetes Maß ergibt die Kapitalrendite.

Wartung
Nur einwandfrei funktionierende Anlagen arbeiten effektiv. Anlagen sollten daher regelmäßig gewartet und gereinigt werden, um z. B. Strömungsverluste in Filtern zu reduzieren oder Störungen in Sensoren und Pumpen rechtzeitig zu entdecken.

Tool zur Optimierung der Abwärmenutzung
Mit dem Tool „Abwärmerechner“ (Umweltpakt Bayern) lässt sich das verfügbare Abwärmepotenzial im Unternehmen ermitteln. Verschiedene Nutzungsvarianten der überschüssigen Energie sind ermittelbar.
http://www.izu.bayern.de/abwaermerechner/einstieg.htm

Quelle(n):

  • Bayerisches Landesamt für Umwelt [BLfU] (2012): Abwärmenutzung im Betrieb. Klima schützen – Kosten senken. Bayerisches Landesamt für Umwelt, Augsburg
  • European Commission (2009): Reference Document on Best Available Techniques for Energy Efficiency. European Commission S. 235 ff.
  • Pehnt, M.; Bödeker, J.; Arens, M.; Jochem, E. und Idrissova, F. (2010): Die Nutzung industrieller Abwärme – technisch-wirtschaftliche Potenziale und energiepolitische Umsetzung. Institut für ZukunftsEnergieSysteme, Heidelberg, Karlsruhe
  • Sächsische Energieagentur - SAENA GmbH (2012): Technologien der Abwärmenutzung. Sächsische Energieagentur - SAENA GmbH, Dresden
  • Waldhoff, C. und Reckzügel, M. (2014): ReWIn – Regionales Wärmekataster Industrie. Strategieentwicklung für die systematische Optimierung der Abwärmenutzung in Industrie und Gewerbe. Hochschule Osnabrück

Energieverbrauchsanalyse

  • Eine Energieverbrauchsanalyse hilft, die Verbrauchsschwerpunkte im Unternehmen zu identifizieren.
  • Die Einsparungspotenziale berechnen sich aus dem Ist-Zustand und dem, mit energieeffizienten Anlagen oder Techniken realisierbaren Energieverbrauch. Bei den in der Metallbranche typischen Schwerpunktsverbrauchern bestehen häufig große technische Einsparpotenziale beim Energieverbrauch, die bei Neuinvestitionen aber teilweise auch durch Nachrüstungen realisiert werden können.
  • Der Energieverbrauch in metallverarbeitenden Betrieben setzt sich typischerweise aus dem Strombedarf (Maschinen, Anlagen, Beleuchtung usw.) und dem Energiebedarf zu Heizzwecken (Heizöl, Gas, evt. Solarenergie) zusammen. Bei der Heizenergie sollte noch zwischen der Raum- u. Gebäudeheizung und der Prozessheizenergie, die teilweise auch über Strom abgedeckt wird, unterschieden werden.
    - Große Stromverbraucher sind beispielsweise Werkzeugmaschinen, die Versorgung mit Prozess- u. Hilfsstoffen (insb. Kühlschmierstoffen), Nebenanlagen wie Kompressoren, Klimageräte, Ventilatoren, Pumpen und die Beleuchtung.
    - Große Wärmeverluste an Raumwärme entstehen bei der Zwangsentlüftung, offenen Hallentoren sowie bei Be- und Entladevorgängen. Ansatzpunkte für Energieeinsparungen bei der Gebäudeheizung gelten weitgehend brachenunabhängig für alle Betriebe.

Quelle(n):

  • Informationszentrum für betrieblichen Umweltschutz [IBU] (2012): Betrieblicher Umweltschutz in Baden Württemberg [online]. Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, verfügbar unter: www.umweltschutz-bw.de Link

Optimierung Klimatisierungsanlage

Häufig reicht auch eine passive Kühlung mit der Außenluft. Zudem sollte vermieden werden, Gebäude unnötig aufzuheizen. Maßnahmen zu Verminderung der Kühllast sind:

  • standortgerechte Architektur,
  • externer Sonnenschutz für Fenster,
  • Wärmedämmung und Nachtlüftung,
  • Beschattung durch Bäume,
  • helle Anstriche der Außenfassade,
  • Bürogeräte mit geringer Abwärmeerzeugung,
  • Nutzung von Tageslicht oder energiesparender Beleuchtung (z. B. LED).

Gerade bei Neuinstallationen sollte auf die neuste Technik zurückgegriffen werden. Moderne Technologien und Anlagen arbeiten in der Regel effizienter und ressourcenschonender. Bestehende Anlagen sollten immer einwandfrei gewartet und gereinigt werden, damit sie effizient arbeiten. Lüftungskanäle und Leitungen sollten einen möglichst geringen Luftwiderstand aufweisen.

Lüftung/Klimatisierung und Kühlung sollten immer bedarfsorientiert eingesetzt und durch Steuerungs- und Regelungstechnik überwacht werden. Dazu gehört auch, regelmäßig das Anforderungsprofil des Betriebs kritisch zu prüfen. Das Anforderungsprofil sollte dabei nicht zu sehr eingeschränkt sein und möglichst hohe Toleranzen zulassen, damit Anlagen das Raumklima nicht im Dauerbetrieb regulieren. Zudem sollten die Luftwechselrate und Temperatur nicht zu hoch und die Kühltemperatur nicht zu niedrig definiert sein. Des Weiteren gilt:

  • Bei Lüftungssystemen sollte wenn möglich Umluft eingesetzt werden. Über die Luftzuführung aus Hallen mit Wärmeüberschuss können Räume beheizt werden.
  • Schadstoffe und Abgase sollten gezielt direkt am Entstehungsort abgeführt werden, um Investitionen zu vermeiden und die Luftqualität im Betrieb zu erhalten. 
  • Wenn zu Zeiten eines Kühlbedarfs gleichzeitig erhebliche Abwärmemengen von mindestens 75 °C zur Verfügung stehen, kann die Nutzung von Adsorptions-/ Kälteanlagen sinnvoll sein.

Quelle(n):

  • Bayerisches Landesamt für Umwelt [BLfU] (2004): Klima schützen – Kosten senken. Leitfaden für effiziente Energienutzung in Industrie und Gewerbe. 1. Auflage, Bayerisches Landesamt für Umwelt, Augsburg S. 12 ff.
  • EnergieAgentur.NRW (2010a): Kälteerzeugung. Potenziale zur Einsparung. EnergieAgentur.NRW, Düsseldorf
  • European Commission (2009): Reference Document on Best Available Techniques for Energy Efficiency. European Commission S. 235 ff.

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Weniger Strom im Büro

Perfekter Materialstrom im Schwarzwald

Druckluft ganz leicht gemacht

Labor / Technikum

Projekte

Chemieparks als Service- und Kompetenzcenter: Organisationsstrukturen, Geschäftsmodelle und Erfolgsfaktoren

Prozesseigenschaften:
  • Entwicklung eines Web-Tools zur Chemieparkwahl für KMU aus der Chemiebranche
  • Dies unterstützt Synergie- und Kosteneffekte der einzelnen Chemieunternehmen
  • Es basiert auf empirischen Untersuchungen deutscher Chemieunternehmen und mathematischen Modellen
Zur kompletten Projektbeschreibung

Einsparung organischer Lösemittel und Effizienzsteigerung in der Flüssigchromatographie durch Einsatz der Hochtemperaturtechnik

Prozesseigenschaften:
  • Entwicklung eines Demonstrationsgerät für flüssigchromatographische Trennverfahren bei Hochtemperaturen von bis zu 200 °C
  • Damit können teure und toxische organische Lösungsmittel ersetzt werden
  • Zudem erhöht sich der Probendurchsatz deutlich, dadurch lässt sich die Auslastung eines Gerätes um über 100% steigern, im Vergleich zu herkömmlichen chromatographischen Trennverfahren
Zur kompletten Projektbeschreibung

Entwicklung einer softwareunterstützten Methode zur ökotoxikologischen Rezepturoptimierung von Chemie- und Kunststoffprodukten

Prozesseigenschaften:
  • Entwicklung einer Software für die Suche nach Substituten für chemischen Stoffe
  • Sie sucht dabei nach Alternativen mit ähnlichen mechanischen Eigenschaften, aber geringeren Gefährdung
  • Es werden dafür die Softwarelösungen von UFZ und Fraunhofer UMSICHT kombiniert
Zur kompletten Projektbeschreibung

Nutzbarmachung der RFID-Technologie für das Reagenzienmanagement im medizinischen Labor (ReaTrace)

Prozesseigenschaften:
  • Forschung und Entwicklung eines Prototypen zur Reagenzbestimmung mittels RFID-Technologie in Laboren
  • So können Kosten eingespart, Fehler vermieden und Verringerung von Verfall erzielt werden
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Gute Praxis

Allgemeine Energieeffizienzmaßnahmen

In einem Labor können viele Maßnahmen unternommen werden, um Ressourcen zu schonen:
Es kann zuerst eine Bilanz für das Labor aufgestellt werden, in dem die Ressourcen und Verbräuche identifiziert und gemessen werden. Im Weiteren muss mit diesem Wissen ein Handlungsrahmen gebaut werden, der eine Strategie für das Labor aufzeigt. Zu den Strategien gehören die Effizienzstrategie, in der Energie und Material zu sparen versucht werden, die Konsistenzstrategie, die naturverträgliche Technologien verwendet, und die Suffizienzstrategie, in der die Verbräuche minimiert werden sollen.
Des Weiteren lassen sich Einsparungen durch das Betrachten der Verbraucher erzielen. So kann schon bei der Anschaffung von Geräten auf Energiesparfunktionen geschaut werden. Im laufenden Betrieb kann bei vielen Geräten auf die Stand-by-Funktion verzichtet und in Ruhezeiten das Gerät komplett abgeschaltet werden. Sollten Kühlschränke und Freezer eingesetzt werden, kann durch ein organisiertes Probenmanagement deren Energieeinsatz  gesenkt werden.
Im konkreten Fall kann z. B. bei einem UHPLC-System festgestellt werden, dass im Standardbetrieb mehr als ein Liter Lösungsmittel pro Tag verbraucht werden kann. Mit einfachen Umrüstmaßnahmen, wie der Verkleinerung der Säule oder kleinerer Partikelgröße, können Einsparungen von ca. 50 % erzielt werden.

Quelle(n):

  • Hermuth-Kleinschmidt, K. und Ottleben, I. (2015): So gelingt nachhaltiges Arbeiten im Labor [online]. Vogel Business Media GmbH & Co. KG, 15. Sept. 2015, verfügbar unter: [abgerufen am: 20.06.2017] Link

Einsatz eines Umweltmanagementsystems

Die ISO 14000 steht für eine Normenreihe, die Fragen des Umweltmanagements beschreibt.
Als nichttechnisches Regelwerk zielt sie auf die Abfall- und Umweltbelastungsreduzierung ab. Die ISO 14001 legt dabei die Grundsteine für die Einführung eines Umweltmanagementsystems (UMS) , welches für Entscheidungsträger im Laborbereich gedacht ist, die damit eine Effizienzsteigerung im Labor durch selbst gestellte Umweltziele erreichen können.
Mit Hilfe eines fünfstufigen Prozesses wird das Labor qualifiziert:

1. Umweltziele werden verpflichtend eingeführt
2. Erstellung eines Planes zur Einhaltung über einen festen Zeitraum (Aktions-/Maßnahmenplan mit Terminen und Verantwortlichkeiten)
3. Umsetzung des Planes (Durchführen der Maßnahmen)
4. Überwachung der Umsetzung des Planes in der Beurteilungsphase (Bewertung der Zielerreichung)
5. Abschließende Prüfungsphase der gesammelten Daten (Bewertung des Managementsytems)

Durch das Umweltmanagement kann der Energieverbrauch gesenkt, Verbrauchsmaterialien können eingespart und anfallender Abfall reduziert werden, was im Weiteren zu Kosteneinsparungen im Labor führt.

Quelle(n):

  • Thurston, C. und Ottleben, I. (2015): Umweltmanagement und Betriebseffizienz im Labor kombinieren [online]. Vogel Business Media GmbH & Co. KG, 08. März 2015, verfügbar unter: [abgerufen am: 20.06.2017] Link

Ressourceneffizienz durch Informationssysteme

Durch den Einsatz von Informations- und Datenmanagementsystemen lassen sich die in der Laborpraxis anfallenden Daten übersichtlich sammeln, auswerten und archivieren. Hierzu können Laborgeräte durch ein Netzwerk mit einer zentralen Stelle kommunizieren und die ermittelten Ergebnisdaten dort ablegen. Bei standardisierten Testverfahren können so mit überschaubarem Aufwand Analysen über den gesamten Datensatz durchgeführt werden, wenn nach Analysewerten oder Prozessparametern geschaut wird, die in jedem Verfahren ermittelt werden. Hiermit können Mitarbeiter entlastet und Arbeitszeit gespart werden, wodurch sich die Produktivität des Labors erhöht.

Quelle(n):

  • Hauer, F. und Ottleben, I. (2016): Das müssen Sie über Big Data im Labor der Zukunft wissen [online]. Vogel Business Media GmbH & Co.KG, 10. Okt. 2016, verfügbar unter: [abgerufen am: 20.06.2017] Link

Wartung von Laborausrüstung

Um in einem Labor Ausfallzeiten oder die Wiederholung teuer Versuche zu vermeiden, sollte unbedingt auf Wartungsintervalle und die Kalibrierung von Laborausrüstung und hierbei auf die anfallenden Daten geachtet werden, die im laufenden Prozess so wertvolle Hinweise auf Unregelmäßigkeiten bieten. So wird im laufenden Messprozess durch sauber kalibrierte und gewartetet Laborausrüstung unnötiger Materialeinsatz vermieden.

Quelle(n):

  • Mensingh, J. und Ottleben, I. (2015): So vermeiden Sie Fehler im Labor (Teil 2) [online]. Vogel Business Media GmbH & Co. KG, 21. Sept. 2015, verfügbar unter: [abgerufen am: 20.06.2017] Link

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Mikroverfahrenstechnik in der chemischen Industrie

Lager

Projekte

Das CO2-neutrale Logistikzentrum

Prozesseigenschaften:
  • Forschung zum energetischem Optimum der Intralogistik als Gesamtsystem
  • Daraus wurde ein Softwaretool entwickelt in dem Hinweise und Handlungsempfehlungen hinterlegt sind
  • Die manuelle Lagerhalle kann CO2-neutral realisiert werden, bei halbautomatischen Logistikzentren lassen sich ca. 92% der CO2-Emission einsparen und bei vollautomatischen Zentren lassen sich 70-75% einsparen
Zur kompletten Projektbeschreibung

Effizienz von Prozessen, Systemen und Technologien in der Intralogistik

Prozesseigenschaften:
  • Entwicklung neuer wissenschaftlicher Methoden und Modelle zur Analyse, Bewertung und Optimierung von Intralogistik-Systemen
  • Entwicklung eines Benchmarking-Systems
Zur kompletten Projektbeschreibung

Energieeffiziente Lagerstrategien und Lastverteilung

Prozesseigenschaften:
  • Entwicklung von Lagerbetriebsstrategien zur Verringerung des Energiebedarfs von Regalbediengeräten
  • Einsparungen durch die abgeleitete Lagerbetriebsstrategie von mehr als 50% möglich, bei gleichem mittleren Durchsatz
Zur kompletten Projektbeschreibung

Energieeffiziente Steuerung von Regalbediengeräten unter Berücksichtigung der Systemleistung

Prozesseigenschaften:
  • Entwicklung von Methoden zur energieeffizienten Steuerung von Intralogistiksystemen
  • Untersuchung der Auswirkungen auf die Leistungs‐ und Kostenparameter des Systems
  • Vorgehen: zunächst Berechnung des spezifischen Energieverbrauchs und anschließende Validierung durch Simulation eines Hochregallagers
  • Fokus auf Hochregallager mit mehreren Regalbediengeräten: Ermittlung effizienter Fahrprofile
Zur kompletten Projektbeschreibung

Optimierte Disposition zur Steigerung der Materialeffizienz

Prozesseigenschaften:
  • Materialeffizienzprojekt: Berücksichtigung des Gesamtprozesses
  • Wichtige logistische Stellhebel: Architektur der Wertschöpfungskette, nachfrageorientierte Disposition
  • Verringerung des Materialverlusts um bis zu 29 %
Zur kompletten Projektbeschreibung

Gute Praxis

Minimierung von Verpackungsmaterial

  • Begrenzung von Verpackungsvolumen und -masse auf das Mindestmaß, bei gleichzeitiger Erhaltung der erforderlichen Transportsicherheit und Hygiene des verpackten Produkts und Bewahrung der Akzeptanz durch den Verbraucher
  • Ersatz von Einzelverpackung durch Mehrweglösungen

Quelle(n):

  • Bayerisches Landesamt für Umwelt [BLfU] (2004): Klima schützen – Kosten senken. Leitfaden für effiziente Energienutzung in Industrie und Gewerbe. 1. Auflage, Bayerisches Landesamt für Umwelt, Augsburg
  • Rießelmann, J. (2011): Methoden für einen effizienten Materialeinsatz. RKW Rationalisierungs- und Innovationszentrum der Deutschen Wirtschaft e. V., Faktenblatt: 3/2011, Apr. 2011, auch verfügbar als PDF unter: Link

Umlaufbestände reduzieren

Eine optimierte Wertschöpfungskette und eine nachfrageorientierte Disposition vermindern das Ausschussrisiko aufgrund wegfallender Fehlplanungen oder Bedarfe.

Quelle(n):

  • Schreier, J. (2011): Steigerung der Materialeffizienz erfordert umfassende Prozessbetrachtung [online]. Vogel Business Media GmbH & Co. KG, 14. Nov. 2011, verfügbar unter: [abgerufen am: 23. Jan. 2015] [abgerufen am: 14. Jan. 2015] Link

Vermeiden von zu langer Einlagerung des Produktes

Durch eine gute Absatzplanung können Wertminderung oder Verlust durch falsche oder zu lange Einlagerung des Produktes vermieden werden. Um den Verlust abgelaufener Waren zu vermeiden, sollten Lagerbestände nach dem Verfallsdatum sortiert werden.

Quelle(n):

  • Rießelmann, J. (2011): Methoden für einen effizienten Materialeinsatz. RKW Rationalisierungs- und Innovationszentrum der Deutschen Wirtschaft e. V., Faktenblatt: 3/2011, Apr. 2011, auch verfügbar als PDF unter: Link

Videos

Perfekter Materialstrom im Schwarzwald

Mitarbeitereinbindung

Projekte

Entwicklung eines Konzepts für KMU zur Steigerung von Effizienz und Effektivität bei der Produktkostenreduzierung durch Integration einer Kombination von Spiel-, Wettbewerbs- und Gratifikationselementen

Prozesseigenschaften:
  • Entwicklung einer internetbasierten Plattform, mit der sich über Motivationssteigerung der Mitarbeiter das Cost Engineering in KMU verbessern soll
  • Dabei werden Ansätze der Spielifizierung verfolgt: Mittels eines sozialen Netzwerks haben die Mitarbeiter die Möglichkeit spielerisch dem Cost Engineering beizutragen
  • Dadurch wird von einer Reduzierung der Einzelteile um ca. 30% und einer Senkung der Produktvariationen um bis zu 20% ausgegangen
  • Gleichzeitig wird der Kundennutzen gesteigert
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Mitarbeiter-Motivation zu Nachhaltigkeit

Prozesseigenschaften:
  • Erstellung einer Datenbank für erfolgreich in der Praxis umgesetzte Maßnahmen der Mitarbeitermotivation, -kommunikation und -einbindung zu nachhaltigem Handeln im Betrieb
  • mit 500 Maßnahmebeispielen
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Ressourceneffizienzsteigerung durch Visualisierung von Abläufen und Einbindung der Mitarbeiterverantwortung (REVisER)

Prozesseigenschaften:
  • Das Projekt REVisER unterstützt produzierende Unternehmen beim verantwortungsbewussten Umgang der Mitarbeitenden mit Energie und Material am Arbeitsplatz
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RessourcenKultur

Prozesseigenschaften:
  • Erforschung, was KMU auszeichnet, die erfolgreich ressourceneffizient wirtschaften und Innovationen hervorbringen
  • Teilaspekt: Mitarbeitermotivation
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Gute Praxis

Mitarbeiterinformation

Für eine umfassende Mitarbeiterinformation müssen zunächst betriebsweit gültige Regelungen für ressourceneffizientes Handeln definiert und in verständlichen Botschaften kommuniziert werden. Die Vorstellung der Vorteile eines ressourceneffizienten Handelns für das Unternehmen ist notwendig.

Durch transparente Informationen werden Unsicherheiten in der Mitarbeiterschaft vermieden. Neben den Informationswegen über Vorgesetzte und Mitarbeiterversammlungen dienen auch abteilungsinterne Besprechungen, Informationstafeln (z. B. Schwarze Bretter) zur Informationsverteilung. Wenn möglichst viele Mitarbeiter ein klares Bild über die Unternehmensziele gewinnen, dann führen Maßnahmen zur Steigerung der Ressourceneffizienz zu weniger Verunsicherung und die Mitarbeiter erkennen die Notwendigkeit der Maßnahmen.

Quelle(n):

  • Bayerisches Landesamt für Umwelt [BLfU] (2004): Klima schützen – Kosten senken. Leitfaden für effiziente Energienutzung in Industrie und Gewerbe. 1. Auflage, Bayerisches Landesamt für Umwelt, Augsburg
  • Bayerisches Landesamt für Umwelt [BLfU] (2009): Mitarbeitermotivation für umweltbewusstes Verhalten – Ein Leitfaden für Umweltbeauftragte in Unternehmen. Bayerisches Landesamt für Umwelt, Augsburg

Mitarbeitermotivation

Planung und Zielvorgabe
Dies bedeutet ein Engagement der obersten Führungsebene bei der Planung und Festlegung von Zielen und eine Mitarbeiterbeteiligung von Anfang an. Integrieren Sie die Umsetzung von Ressourceneffizienzmaßnahmen in die unternehmerischen Arbeitsabläufe und den Arbeitsalltag und legen Sie Verantwortlichkeiten fest.

Mitarbeitergespräch
Das Mitarbeitergespräch zwischen Führungskraft und Mitarbeiter stellt ein Instrument dar, in dem die Beteiligten regelmäßig (üblicherweise jährlich mit zusätzlichen Rückschau-Terminen) oder bei Bedarf spezifische Inhalte (wie etwa Zielvereinbarungen, Leistungsbeurteilungen, Weiterbildung, persönliche Rückmeldungen, Entwicklungsmöglichkeiten, offene Fragen etc.) besprechen. Häufig orientieren sich diese Gespräche an Personalbögen, Leitfäden, Checklisten und/oder Formularen, die auch als Struktur für die Gesprächsführung durch die Führungskraft dienen. Die Elemente sind optional und können nach betrieblichen Wünschen und Erfordernissen angepasst werden. Wichtig ist, dass etwaige Beurteilungskriterien realen Anforderungen der Aufgabe entsprechen. Daher ist eine Aufgabenanalyse notwendig, um geeignete Kriterien zu finden.

Quelle(n):

  • Bayerisches Landesamt für Umwelt [BLfU] (2009): Mitarbeitermotivation für umweltbewusstes Verhalten – Ein Leitfaden für Umweltbeauftragte in Unternehmen. Bayerisches Landesamt für Umwelt, Augsburg
  • Europäische Kommission Institut für Technologische Zukunftsforschung (2008): Merkblatt über die besten verfügbaren Techniken für Energieeffizienz. Europäische Kommission, Sevilla Spanien, S. vi

Mitarbeitersensibilisierung

Ein gemeinsamer Lernprozess aller Beschäftigten im Unternehmen sollte angestoßen werden, in den die Mitarbeiter frühzeitig, kontinuierlich und mit ausreichend Raum für Verbesserungsvorschläge und Eigeninitiative eingebunden sind (z. B. KVP-Prozess).

Heiz- bzw. Lüftungsverhalten
Extreme Temperaturen beim Heizen/Kühlen der Betriebsräumlichkeiten sollten vermieden werden. Relevant ist die Motivation der Mitarbeiter zum

  • kontrollierten Lüften (Stoßlüften) und zur Vermeidung von Fensterkippstellung.
  • Verzicht auf den Einsatz energieintensiver Zusatzgeräte (Elektrische Heiz- und Kühlgeräte).
  • Abschalten elektrischer Geräte (eingeschaltete Geräte verbrauchen Energie und produzieren Abwärme).
  • Tragen angemessener Kleidung (jahreszeitlich bedingt, den Temperaturen angepasst).
  • Einsatz von Jalousien im Sommer, um eine gezielte Verschattung zu erreichen.

Elektro- und Bürogeräte
Motivation der Mitarbeiter zum Abschalten elektronischer Geräte nach deren Nutzung (auch im Standby-Modus verbrauchen Geräte Energie). Zu Büroschluss sollten alle elektrischen Geräte abgeschaltet und vom Stromnetz getrennt werden. Schaltbare Steckdosenleisten stellen hierbei ein effektives Hilfsmittel dar. Mit einem Handgriff werden Computer und Peripheriegeräte vom Stromnetz getrennt.

Insbesondere sollte der Monitor bei Nicht-Gebrauch während der Arbeitszeit ausgeschaltet werden. Zudem sollte auf stromfressende Bildschirmschoner verzichtet werden. Eine Einsparung von bis zu 90 % ist hierdurch möglich.

Beleuchtung
Motivation der Mitarbeiter zum Lichtausschalten beim Verlassen von Räumen und zur Nutzung des Tageslichtes. Regelmäßiges Entstauben von Lampen erhöht die Lichtausbeute.

Papierverbrauch

  • Der Papierverbrauch sollte reduziert werden, indem Papier beidseitig bedruckt und nur die notwendigsten Seiten ausgedruckt werden.
  • Wichtig für ein ressourcenschonendes Druckverhalten sind beispielsweise die Ergiebigkeit und Wiederbefüllbarkeit der zugehörigen Tonerkartuschen und das Ausdrucken im Sparmodus.

Abfallvermeidung
Vermeiden und Vermindern von Abfällen durch Verwendung wiederverwertbarer Verbrauchsmaterialien:

  • aufladbare Akkus
  • nachfüllbare Faserstifte
  • Recyclingpapiere und -kartons
  • Stoff- oder Papierhandtücher aus Recyclingpapier
  • USB-Sticks

Eine betriebliche Abfalltrennkultur sowie die sparsame Verwendung von Materialien sollten bei den Mitarbeitern eine hohe Priorität einnehmen.

Quelle(n):

  • Bayerisches Landesamt für Umwelt [BLfU] (2004): Klima schützen – Kosten senken. Leitfaden für effiziente Energienutzung in Industrie und Gewerbe. 1. Auflage, Bayerisches Landesamt für Umwelt, Augsburg
  • Bayerisches Landesamt für Umwelt [BLfU] (2009): Mitarbeitermotivation für umweltbewusstes Verhalten – Ein Leitfaden für Umweltbeauftragte in Unternehmen. Bayerisches Landesamt für Umwelt, Augsburg
  • Europäische Kommission Institut für Technologische Zukunftsforschung (2008): Merkblatt über die besten verfügbaren Techniken für Energieeffizienz. Europäische Kommission, Sevilla Spanien, S. vi
  • Deutsche Energie-Agentur GmbH (2016): Mitarbeiter sensibilisieren [online]. Deutsche Energie-Agentur GmbH, verfügbar unter: [abgerufen am: 20. Jun. 2016] Link

Videos

Perfekter Materialstrom im Schwarzwald

Prototypenbau

Projekte

Frühzeitige Prozessabsicherung in der CAD/CAM-Planung unter Einbindung einer realitätsnahen Fertigungssimulation

Prozesseigenschaften:
  • Entwicklung einer Simulationssoftware für CAD/CAM-Planung für eine vorzeitige Prozessabsicherung
  • Herkömmliche Simulationen leisten dies lediglich im Nachhinein
  • Dabei wurde auf Schnittstellen zu vorhandenen Systemen geachtet, um eine Absicherung während des gesamten Prozesses zu ermöglichen
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Pulverentwicklung für das Rapid Manufacturing mit dem 3D-Druck-Verfahren

Prozesseigenschaften:
  • Entwicklung eines neuen Pulvers mit polymerisierbaren Monomeren für 3D-Drucker
  • Dies ermöglicht die Herstellung von Formkörpern, die gleiche Eigenschaften haben, wie spritzgegossene Körper aus vergleichbaren Polymeren
  • Somit wird Kleinserienproduktion ohne Formen möglich

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Wasserlösliches Supportmaterial für den 3D-Druck

Prozesseigenschaften:
  • Entwicklung von Rezepturen für wasserlöslichen Supportmaterialien im 3D-Druck
  • Sie sind nicht, wie üblich, auf NaOH-Basis und müssen demnach nicht als Sondermüll entsorgt werden
  • Zudem ist eine Reduktion des Energieverbrauchs von über 95% in der Gesamtproduktionskette möglich
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Gute Praxis

3D-Modelle optimieren

3D-Modelle, die für ein additiv gefertigtes Bauteil im CAD-System erstellt werden, müssen in ein Facettenmodell überführt werden. Hierbei werden die Flächen des Modells über Dreiecke mittels Triangulation dargestellt. Sollten Flächen nicht eben, sondern z. B. gekrümmt sein, kann es durch die Triangulation und Abweichungen zum eigentlichen Modell kommen. Die Anzahl der Dreiecke kann zwar erhöht werden, jedoch steigt die Datenmenge stark an. In jedem Fall muss das überleitete Modell auf Fehler überprüft werden. Hierzu zählen Lücken zwischen Dreiecken, falsche Orientierung der Facetten oder gedoppelte Dreiecke. Zudem muss darauf geachtet werden, dass bei Baugruppen ein möglicher Freigang möglich ist und die Bauteile nicht miteinander kollidieren.
Es bietet sich auch an, mehrere Modelle kombiniert auf den Bauraum des 3D-Druckers zu verteilen, um die notwendigen Stützstrukturen zu reduzieren. Das spart in der Fertigung Zeit und Material.

Quelle(n):

  • Peters, S. (2015): Additive Fertigung - Der Weg zur individuellen Produktion. Hessen Trade & Invest GmbH, Wiesbaden, Band 25 der Schriftenreihe der Technologielinie Hessen-Nanotech, auch verfügbar als PDF unter: Link
  • Böhler, T. (2016): Modellierungspozesse optimieren [online]. verlag moderne industrie GmbH, 10. Aug. 2016, verfügbar unter: [abgerufen am: 20.06.2017] Link

Allgemeines zum CAD/CAM

Die Verbindung Computer Aided Design (CAD) und Computer Aided Manufacturing (CAM) bietet hohes Einsparpotenzial für die Fertigung allgemein und auch für das Herstellen von Prototypen. Hierbei lassen sich am Rechner erstellte Modelle direkt mittels eines Postprozessors in die Steuerungssprache der Maschine übersetzen und können somit ohne großen Einrichtaufwand hergestellt werden. Durch den Einsatz moderner Mehrachsfertigungsmaschinen lassen sich so Bauteile mit sehr hoher Komplexität in wenigen Aufspannungen fertigen. Bedingung hierfür ist die lückenlose Erfassung aller fertigungsrelevanten Daten, wie z. B. Bauraum- und Aufspannungsmaße, Werkzeuggrößen und Schnittparamter. Somit können die Kosten durch die verkürzte Einrichtzeit und verminderten Ausschuss gesenkt werden. 3D-CAD-Modelle lassen sich mittels PMI (Product and manufacturing information; Maßangaben, die an das 3D-Modell direkt angebracht werden und für den weiteren Prozess zur Verfügung stehen) für die Fertigung bemaßen, wodurch sich in ausgesuchten Fällen Produktivitätssteigerungen von über 50 % erzielen ließen.

Quelle(n):

  • Böhler, T. (2015): Ohne CAD/CAM geht (fast) nichts mehr [online]. verlag moderne industrie GmbH, 09. Nov. 2015, verfügbar unter: [abgerufen am: 20.06.2017] Link

Allgemeines zum Rapid Prototyping

Unter Rapid Prototyping versteht wird das schrittweise Auftragen von Material zum Erstellen eines Bauteils auf Basis eines dreidimensionalen, virtuellen Modells verstanden. Der Aufbau erfolgt senkrecht zur Herstellebene. Allgemein wird diese Technik auch als 3D-Druck bezeichnet.
Sie bietet sich an, wenn in relativ kurzer Zeit Prototypen hergestellt werden sollen, die in Form und Funktion den Serienprodukten entsprechen sollen. Durch die Auswahl eines passenden Verfahrens können so Werkstücke entstehen, die vom groben Vorschaumodell bis hin zum funktionstüchtigen und belastbaren Bauteil reichen. Durch Rapid Prototyping können Modelle ressourcenschonend auf Abruf vor Ort gefertigt werden, was Lager- und Transportkosten spart.

Quelle(n):

  • Höltkemeier, U. (2013): Die wichtigsten Verfahren für das schnelle Erstellen von Prototypen [online]. Vogel Business Media GmbH & Co. KG, 13. Mai 2013, verfügbar unter: [abgerufen am: 20.06.2017] Link

Einsatz von Dienstleistern

Unternehmen, denen die Investition in Maschinen zur additiven Fertigung unwirtschaftlich erscheint, können durch die große Verbreitung von Dienstleistern und Content-Plattformen im Internet trotzdem Bauteile dort in Auftrag geben. Das Angebot dieser Firmen reicht vom automatischen Onlineservice, bei dem die Bauteile über ein Internetportal hochgeladen werden, bis hin zum Verleih von einzelnen Druckern.

Quelle(n):

  • Peters, S. (2015): Additive Fertigung - Der Weg zur individuellen Produktion. Hessen Trade & Invest GmbH, Wiesbaden, Band 25 der Schriftenreihe der Technologielinie Hessen-Nanotech, auch verfügbar als PDF unter: Link

Einsatz von PLM-Technik

Durch das Verwenden von Software mit PLM-(Product-Lifecycle-Management-) Technik kann ein Werkzeug-, Programm- und Dokumentationsmanagement eingeführt werden, mit dem sich Produktionsfehler vermeiden lassen und Zeit sparen lässt. Es lassen sich Produktivitätssteigerungen in der Fertigung von bis zu 30 % erzielen. Hierbei werden alle produktrelevanten Daten in einer Datenbank gespeichert und stehen allen Mitarbeitern an den einzelnen Prozessschritten zur Verfügung.

Quelle(n):

  • Hoffmann, A. und Meyer, C. (2012): Optimierte Fertigungsplanung reduziert Durchlaufzeit und Kosten [online]. Vogel Business Media GmbH & Co. KG, 05. Apr. 2012, verfügbar unter: [abgerufen am: 20.06.2017] Link

Einsatz von Simulation

Durch das Erstellen virtueller Modelle in der Konstruktion und deren Weitergabe an die Fertigung bietet es sich an, den Programmablauf vor der eigentlichen Fertigung zu simulieren. So wird eine geeignete Fahrstrategie vom Anwender erstellt und dann mit virtuellen Werkzeugen abgefahren. So kann die Fertigung genau geplant und optimiert werden, um effiziente Fahrwege und Werkzeugwechsel vornehmen zu können. Es ist aber darauf zu achten, dass eine möglichst exakte Maschinenbeschreibung in dem CAM-Programm vorhanden sein muss, um die Berechnung vornehmen zu können. Die Modellierung der Vorrichtungen wie Schraubstöcke, Spannpratzen und anderer Spannmöglichkeiten wird dazu genutzt, um mit der Maschinenkinematik zusammen Fahrwege auf Kollision zu prüfen.

Quelle(n):

  • Schneider, M. (2015): Kollionsionsfreie CNC-Fertigungsprozesse [online]. verlag moderne industrie GmbH, 09. Nov. 2015, verfügbar unter: [abgerufen am: 20.06.2017] Link

Lagerung und Entsorgung von Material

Bei der Lagerung von Pulvern, die bei der Herstellung von Metallteilen eine Rolle spielen, sind gewisse Sicherheitsaspekte zu berücksichtigen. Die Pulver der additiven Fertigung können Partikelgrößen von 100 µm oder weniger beinhalten Darum sollte der direkte Kontakt mit der Haut oder ein Einatmen vermieden werden, da Irritationen hervorgerufen werden können.
Die Lagerung sollte im Hinblick auf die mögliche Reaktionsfähigkeit der Metallpulver ausgerichtet sein, da es sonst zum Entzünden oder Explodieren der Pulver kommen kann! Behälter sollten separat, verschlossen und geerdet gelagert werden, um Reaktionen und elektrostatische Entladungen zu verhindern. Bei Metallpulver ist bei der Entsorgung evtl. Toxizität zu beachten, die eine Sonderabfallbehandlung nach sich zieht. Beim Fertigen mit thermoplastischen Kunststoffen ist angeraten, Materialreste und Abfälle entweder durch Recycling zu entsorgen oder aber die Reste dem Schmelzprozess des Druckers zuzuführen.

Quelle(n):

  • Rübenach, I. M. (2017): Die Risiken in der additiven Fertigung [online]. Vogel Business Media GmbH & Co. KG, 11. Jan. 2017, verfügbar unter: [abgerufen am: 20.06.2017] Link

Prüfstand

Projekte

Emissionsfreier elektronischer Prüfstand für Antriebsstromrichter

Prozesseigenschaften:
  • Elektronische Prüfstände erzeugen deutlich weniger thermische Verluste und Lärm als reale Maschinensätze und sind zudem emissionsfrei
  • Der Prüfstand findet Anwendung bei der Endprüfung, Qualitätssicherung und in Entwicklungsabteilungen von Umrichterherstellern
  • Durch individuelles Vorgeben der elektronischen und mechanischen Parameter kann er unterschiedliche Maschinensätze nachbilden
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Entwicklung eines stationären UV-LED-Flächenstrahlers für die automatisierte, zerstörungsfreie Werkstoffprüfung

Prozesseigenschaften:
  • Entwicklung und Bau einer Flächenleuchte zur Werkstoffprüfung nach dem Magnetpulver- und Eindringverfahren
  • Durch Einsatz von LED-Technik deutlich geringerer Verbrauch als Entladungslampen
  • Geringe Wärmeentwicklung ermöglicht hohe Lebensdauer
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Mechanische und elektronische Entwicklung einer energieeffizienten UV-LED-Handlampe zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung

Prozesseigenschaften:
  • Entwicklung und Bau eines Handstrahler-Prototypen für Rissprüfung nach dem Magnetpulver- und Eindringverfahren
  • Durch UV-LED-Technik geringere Erwärmung des Strahlers, die für eine Lebensdauer von 25.000 bis 100.000 Stunden sorgt
  • Mit elektronischer Ansteuerung jeder einzelnen Diode ist individuelle Anpassung mit nur einem Gerät möglich
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Pumpen / Rohrleitungen

Projekte

Drehzahlvariabler Vakuumpumpenantrieb

Prozesseigenschaften:
  • Drehstrom-Asynchronmotoren eignen sich besser als Antrieb für Vakuumpumpen als Wechselstrommotoren
  • Reduzierung des Energiebedarfs im Leerlauf
  • Einsatz von Frequenzumrichtern
  • Reduzierung der Geräuschemission
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Innovative Kühlmittelpumpe

Prozesseigenschaften:
  • Energieeinsparung durch Einsatz von elektrischer Kühlmittelpumpe
  • Weitere Reduzierung des Energieeinsatzes durch Nutzung der Abwärme des Generators durch Einsatz einer Wasserkühlung
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Szenarienbasierte selbstoptimierende Regelungen für energieeffiziente Pumpen

Prozesseigenschaften:
  • Bau und Entwicklung eines Prototypen einer intelligenten Pumpe
  • Sehr kostengünstig, da sie nur über sehr einfache pumpenseitige Hardware verfügt und die Hauptregelung über ein mobiles Endgerät erfolgt
  • Neuartige Schätzverfahren ermöglichen es den Förderstrom der Pumpe über günstig verfügbare Messgrößen zu bestimmen
  • Reglerauslegungen finden voll automatisiert statt
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Gute Praxis

Anforderungsprofil und Dimensionierung von Pumpen

Das Pumpensystem sollte immer in Abhängigkeit der ganzen Anlage betrachtet werden. Maßnahmen zur energetischen Optimierung müssen daher für jedes Pumpensystem individuell entwickelt werden. Hierbei muss das Anforderungsprofil, bestehend aus den Bedarfsparametern des Betriebs (Druck, Temperaturniveau etc.), zusammen mit den schon vorhandenen Systemkomponenten geprüft werden. Es gilt auch, den tatsächlichen Energieverbrauch eines Pumpensystems zu ermitteln. Dieser setzt sich zusammen aus der nominalen Leistung der Pumpe und der Mehrleistung an Energie, die die Pumpe dafür aufwenden muss, um Energieverlusten in den Rohrleitungen, dem Getriebe und Motor entgegenzuwirken. Der erste Schritt für eine Bestandsaufnahme sowie Überwachung des Anforderungsprofils ist die Durchflussmessung. Betreiber von Pumpenanlagen sollten den Betrieb einer Pumpe kontinuierlich überwachen.

Überdimensionierte Pumpen, die aufgrund geringerer Durchlaufmengen gedrosselt bzw. in Teillast laufen, können nicht effizient betrieben werden. Nur mit Pumpen, die unter Volllast arbeiten, lassen sich energetische Einsparungen erzielen. Für veränderte Förderleistungen bieten sich Drehzahlregler an. In manchen Fällen lohnt sich auch eine Parallelschaltung von mehreren Pumpen unterschiedlicher Drehzahl. Die Drosselung einer älteren Pumpe rentiert sich in den wenigsten Fällen. Pumpensysteme sollten daher möglichst genau auf das Anforderungsprofil und den Förderbedarf abgestimmt sein.

Bestehende Technik sollte regelmäßig gewartet und gereinigt werden:

  • Sichtkontrollen auf Undichtigkeit
  • Schmieren und Ölen ggf. Wechseln von Lagern
  • Überprüfung der Isolierungen
  • Reinigung oder Tausch der Filter
  • Kontrolle der Sensoren und Regelung auf Störungen

Pumpensysteme sollten bedarfsorientiert betrieben und gesteuert werden. Eine Pumpe arbeitet dann am effizientesten, wenn sie gleichmäßig mit einem bestimmten Förderstrom gegen einen bestimmten Druck arbeitet. (Der optimale Betriebspunkt ist der Schnittpunkt zwischen Pumpenkennlinie und Anlagenkennlinie.) Oft müssen Pumpen jedoch unter unterschiedlichen Anforderungen arbeiten. So verändert sich beispielsweise fortlaufend der Druck, wenn der Flüssigkeitsspiegel in einem Tank steigt oder sinkt. Durch eine programmierbare Steuerung und Regelung können eine genaue Anpassung an den tatsächlichen Förderbedarf sowie eine Anpassung an sich verändernde Systembedingungen erreicht werden. Eine programmierbare Steuerung und Regelung können auch dafür eingesetzt werden, Pumpensysteme automatisch an- bzw. auszuschalten. Eine Automatisierung der Betriebszeiten kann sich positiv auf die Energiekosten auswirken, denn eine Pumpe sollte nur dann laufen, wenn sie auch wirklich gebraucht wird. Die Integration einer GLT (Gebäudeleittechnik) führt zu einer optimalen Systemsteuerung, möglichen Automation der Pumpen und einer an den Bedarf angepassten Leistung. Im Idealfall kann der Energiebedarf der Pumpen und zugehörigen Geräte um 40 % reduziert werden.

Quelle(n):

  • Bayerisches Landesamt für Umwelt [BLfU] (2009): Leitfaden für effiziente Energienutzung in Industrie und Gewerbe. 2. überarbeitete Auflage, Bayerisches Landesamt für Umwelt, Augsburg
  • Deutsche Energie-Agentur GmbH [DENA STE] (2015): Pumpensysteme: Mehr als die Summe einzelner Komponenten [online]. Deutsche Energie-Agentur GmbH, verfügbar unter: Link
  • Klütsch, F. (2008): Energetische Optimierung von Pumpensystemen [online]. Hüthig GmbH, 03. Nov. 2008, verfügbar unter: [abgerufen am: 23. Jan. 2015] Link
  • Konradin-Verlag Robert Kohlhammer GmbH [Konradin] (2007): Energiesparen: Pumpensysteme effizient betreiben – Der Teufel steckt im System [online]. Konradin-Verlag Robert Kohlhammer GmbH, verfügbar unter: [abgerufen am: 23. Jan. 2015] Link

Armaturen

Armaturen spielen in der Prozesstechnik eine zentrale Rolle. Neben reinen Absperrfunktionen regeln und kontrollieren diese auch den Durchfluss in Rohrleitungsnetzen. Verschiedene technische Entwicklungen auf diesem Gebiet sowie eine Gesamtsystembetrachtung können in vielen Anwendungsfällen zu deutlichen energetischen und stofflichen Einsparungen führen. So eröffnen auch geringe Verluste durch Spindelleckagen in Summe betrachtet zum Teil erhebliche Einsparmöglichkeiten. Ebenso lassen sich bei einer systemischen Betrachtung bisweilen erhebliche Verluste durch eine korrekte Auslegung sowie durch eine gezielte Isolierung von Armaturen vermeiden. Oftmals bleiben Armaturen im Gegensatz zu den Rohrleitungen unisoliert.

Quelle(n):

  • Mühlenkamp, S. (2012): Stellschrauben für effiziente Industrieprozesse. VDI Nachrichten, 15. Sept. 2012 , S. 9

Dimensionierung von Rohrleitungen

Die Rohrführung, der Rohrdurchmesser und die Rohrform beeinflussen den Druckverlust im Rohrleitungssystem einer Anlage und sind abhängig von den örtlichen Begebenheiten. Diese Parameter sind mitverantwortlich für die Energieeffizienz im Fördersystem, da sie die notwendige Förderleistung der Pumpe mitbestimmen. Die Förderaufgabe resultiert aus benötigten Drücken und Volumenströmen der Systemkomponenten und sollte während der Rohrleitungsplanung bekannt sein.

Quelle(n):

  • Deutsche Energie-Agentur GmbH [DENA STE] (2015): Pumpensysteme: Mehr als die Summe einzelner Komponenten [online]. Deutsche Energie-Agentur GmbH, verfügbar unter: Link
  • Deutsche Energie-Agentur GmbH [DENA] (2010a): Leuchttürme energieeffizienter Pumpensysteme in Industrie und Gewerbe. Deutsche Energie-Agentur GmbH, auch verfügbar als PDF unter: Link

Druckverlust in Rohrleitungen

Druckverluste im Rohrleitungssystem sind gleichzusetzen mit einem Energieverlust und sind deshalb zu vermeiden. Die Rauigkeit von Rohren (Innenseiten) übt z. B. einen signifikanten Einfluss auf den Druckverlust in der Rohrleitung aus.

  • Die Rauigkeit von Rohren wird beeinflusst durch die Materialeigenschaften und betriebsbedingten Ablagerungen bzw. Korrosionserscheinungen. Durch regelmäßige Reinigung werden Ablagerungen an den Rohrinnenwänden vermindert und eine Erhöhung des Strömungswiderstandes sowie ein daraus resultierender Druckverlust mit zunehmender Betriebszeit verhindert.
  • Schweißnähte im Inneren der Rohre erzeugen ebenfalls einen Strömungswiderstand und damit verbunden einen Druckverlust. Solche Querschnittsveränderungen sollten vermieden werden, indem mit V-Nähten verschweißt wird.

Um Druckverluste zu minimieren, sollten Rohrleitungen zudem möglichst geradlinig angelegt sein. Sind Ecken nicht zu vermeiden, erweisen sich lange Bögen und Hosenstücke strömungstechnisch günstiger als Knie- und T-Stücke. Stichleitungen im Verteilungsnetz sollten zu Ringleitungen geschlossen werden.

In Rohrleitungen eingebaute Armaturen und andere Einbauten sollten eine hohe Durchflusskapazität ausweisen. Zudem sollten folgende Kriterien erfüllt sein:

  • Minimierung der Anzahl von Armaturen und anderen Einbauten (z. B. Filtern)
  • richtige Dimensionierung von Ventilen, Hähnen und Absperrarmaturen
  • vollständige Öffnung von Ventilen, Hähnen und Absperrarmaturen

Quelle(n):

  • Wagener, L. (2014): Heizungsrohre isolieren mit dem richtigen Material – Preise, Vor- und Nachteile auf einen Blick [online. co2online gGmbH, 25. Sept. 2014, verfügbar unter: [abgerufen am: 26. Jan. 2015] Link
  • Deutsche Energie-Agentur GmbH [DENA STE] (2016b): Dämmung industrietechnischer Anlagen [online]. Deutsche Energie-Agentur GmbH, verfügbar unter: Link
  • Deutsche Energie-Agentur GmbH (2015e): Rohrleitungen dämmen [online]. Deutsche Energie-Agentur GmbH, verfügbar unter: [abgerufen am: 26. Jan. 2015] Link
  • Industrie- und Handelskammer Nürnberg für Mittelfranken (2012): Druckluft effizient nutzen. Praxisleitfaden für Energieeffizienz und Kosteneinsparung der Industrie- und Handelskammer Nürnberg für Mittelfranken. 1. Auflage, auch verfügbar als PDF unter: Link

Isolierung von Rohrleitungen

In der Praxis sind Rohrleitungen häufig mit einem Isoliermantel versehen, Komponenten wie Flansche und Armaturen bleiben jedoch oft ausgespart. Dabei können durch Isoliermaßnahmen bei allen Komponenten eines Rohrleistungssystems Energieverluste erheblich reduziert werden. Insbesondere bei energieintensiven Anlagen sind somit signifikante Kosteneinsparungen bei vergleichsweise geringem Investitionsbedarf erzielbar. Trotz dieser leicht erschließbaren Energieeffizienzpotenziale werden derzeit bei nur 25 % der befragten Unternehmen [Deutsche Energie-Agentur GmbH (2014)] konkrete Isoliermaßnahmen durchgeführt. Dabei kann schon eine einzelne ungedämmte Armatur in etwa so viel Wärme verlieren wie eine zwanzig Meter lange gedämmte Rohrleitung desselben Querschnitts. Durch regelmäßige Wartung und Instandhaltung können Beschädigungen des Isoliermaterials frühzeitig erkannt und das Auftreten von Wärmeverlusten und Korrosionsschäden, verursacht durch eingetretene Feuchtigkeit, vermieden werden.

Quelle(n):

  • Deutsche Energie-Agentur GmbH [DENA] (2013): Dämmung von Anlagen in Industrie und Gewerbe. Kosten sparen und Energieeffizienz steigern. Deutsche Energie-Agentur GmbH, Berlin, auch verfügbar als PDF unter: Link
  • Deutsche Energie-Agentur GmbH [DENA] (2014b): dena-Umfrage: Dämmung von Industrieanlagen wird unterschätzt – Nur jedes vierte Unternehmen plant zeitgemäße und energiesparende Anlagendämmung [online]. news aktuell GmbH, 05. Mär. 2014, verfügbar unter: [abgerufen am: 19. Jan. 2015] Link
  • Deutsche Energie-Agentur GmbH [DENA STE] (2015): Pumpensysteme: Mehr als die Summe einzelner Komponenten [online]. Deutsche Energie-Agentur GmbH, verfügbar unter: Link

Pumpenregelung

  • Eine besonders energiesparende Regelung stellt die Veränderung der Drehzahl einer Pumpe dar. Die Methode ist vor allem für Anlagen mit schwankendem Förderbedarf geeignet, da die Pumpe durch die Drehzahlregelung einfach den Förderbedürfnissen angepasst wird. Um bei einer nichtdrehzahlgeregelten Pumpe die benötigte Durchflussmenge durch Variation der Pumpendrehzahl zu erreichen, kann diese mit einem Frequenzumrichter umgerüstet werden. „Der vergleichsweise kleine Umbau erzielt i. d. R. große Einsparungen. Es gilt die Faustregel, dass eine Halbierung der Fördermenge mit Drehzahlregelung einer Reduktion der Leistung auf etwa ein Achtel entspricht." [Schächtele, Krämer (2012), S. 38].
  • Mit einer Parallelschaltung mehrerer Pumpen kann das Fördervolumen dem Bedarf angepasst werden. Zur Regulierung werden einfach einzelne Pumpen im Volllastbetrieb hinzu- oder abgeschaltet. Im Teillastbereich entsteht dadurch eine höhere Redundanz. Totalausfälle während Reparatur- oder Wartungsarbeiten werden vermieden. Nachteile sind der größere Platzbedarf und die höheren Investitionskosten durch eine höhere Pumpenanzahl.
  • Bei der Bypassregelung (Pumpenregelung mit Hilfe eines Bypasses) wird eine bestimmte Menge des zu transportierenden und zurzeit nicht gebrauchten Mediums zum Saugstutzen oder Saugbehälter zurückgeführt. Bei dieser Methode nimmt der Gesamtwirkungsgrad der Anlage stark ab. Energieeinsparungen können mit einer Bypassregelung nicht erreicht werden, da die Motorleistung unabhängig von der Fördermenge immer 100 % beträgt.
  • Bei der Drosselung regelt eine Drosselarmatur die Fördermenge. Im Gegensatz zur Bypassregelung wird hier Energie eingespart. Eine Drosselung macht insbesondere bei Systemen mit kurzzeitig verringertem Volumenstrom Sinn. Allerdings sind Drosselventile sehr wartungsintensiv.
  • Bei der Ein-aus-Regelung wird der Durchfluss durch Ein- und Ausschalten der Pumpe geregelt. Eine Pumpe benötigt im ausgeschalteten Zustand keine Energie. Bei dieser Methode sind allerdings auch die erforderliche Anfahrenergie sowie die Belastung der Stromnetze oder des Motors zu beachten.

Quelle(n):

  • Bundesministerium für Land- und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft [BMLFUW] (2006): Energieeffizienz in Pumpensystemen – Beraterinformation klima:aktiv Programm energieeffiziente Betriebe. BMLFUW, auch verfügbar als PDF unter: Link
  • Schächtele, K. und Krämer, S. (2012): Energieoptimierung in der Chemieindustrie. atp edition, Heft 1-2, 01. Jan. 2012. S. 38

Schnittstelle nach außen

Projekte

Abwärmenutzung bei einem Kupolofen

Prozesseigenschaften:
  • Durch einen neuartigen Rekuperator erfolgt effizientere Wärmerückgewinnung bzw. Abwärmenutzung
  • Sicherheitswärmetauscher gibt Wärme von Thermoöl an Speisewasser des Dampfkessels ab
  • Entkopplung der Prozesse bei Betriebsstillstand möglich
  • Bis zu 66 % weniger Erdgasverbrauch des wärmeabnehmenden Unternehmens (Erdgaseinsparung von ca. 1.100 m³/h)
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Chemieparks als Service- und Kompetenzcenter: Organisationsstrukturen, Geschäftsmodelle und Erfolgsfaktoren

Prozesseigenschaften:
  • Entwicklung eines Web-Tools zur Chemieparkwahl für KMU aus der Chemiebranche
  • Dies unterstützt Synergie- und Kosteneffekte der einzelnen Chemieunternehmen
  • Es basiert auf empirischen Untersuchungen deutscher Chemieunternehmen und mathematischen Modellen
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Fernwärme aus Industrieabwärme

Prozesseigenschaften:
  • bei der Fertigung von Kupferkathoden entsteht in Nachfolgeprozessen Wärme in drei Strängen, die ausgekoppelt werden kann
  • pro Strang ergeben sich pro Jahr 60 Millionen Kilowattstunden (kWh) Abwärme, die nutzbar gemacht werden
  • 75 % werden als Fernwärme für 6.000 Haushalte weiter genutzt
  • 25 % werden für interne Prozesse verwendet
  • 32.000 t CO2 lassen sich einsparen
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Videos

Ein Netz aus Wärme

Solarthermie

Projekte

Innovationen für die Umwelt - Solare Prozesswärme

Prozesseigenschaften:
  • Sonnenlicht wird in Vakuumabsorberrohr gebündelt
  • Vakuumabsorber arbeitet bis 400°C und 40 bar Betriebsdruck
  • Wärme kann so direkt als Prozesswärme verwendet werden
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Solarthermie zur Erhitzung galvanischer Bäder

Prozesseigenschaften:
  • Solarthermische Anlage: Warmwasserversorgung für Galvanikbäder und Heizung
  • Einsparungen von bis zu 40 % des Gasverbrauchs
  • Senkung der CO2-Emission
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Solarthermische Kälteanlage mit Parabolrinnenkollktorsystem zur Dampferzeugung

Prozesseigenschaften:
  • Das Ammoniak-Wassergemisch ist kostengünstig, gewährleistet den Frostschutz, und verfügt über eine hohe Verdampfungsenthalpie sowie eine hohe Wärmekapazität
  • Ein Betrieb der Kollektoren im Nassdampfbereich ist sinnvoller als mit überhitztem Dampf
  • Die tiefer gezogenen Aluminiumsegmente der Kollektoren führt zu einer guten Formtreue der Spiegel
  • Die Edelgasfüllung in den Receivern, in denen die Solarstrahlung in Wärme umgewandelt wird, bewirkt eine signifikante Senkung der Wärmeverluste
  • Das Kollektorfeld kann mit 200° C Kollektorvorlauftemperatur zuverlässig betrieben werden; zwei Minuten nach Einschalten des Systems wird eine Temperatur von 200° C am Kollektoraustritt erreicht
  • Beide Anlagenteile – Parabolkollektoren und DSKM – haben sich als funktionstüchtig erwiesen. Einige Komponenten der Parabolrinnen müssen hinsichtlich ihrer Langzeitstabilität optimiert werden
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Gute Praxis

Solares Kühlen

Die weitgehende Übereinstimmung zwischen solarem Angebot und notwendiger Kühlleistung legt den Einsatz von solarer Kühlung nahe. Eine Entscheidungsgrundlage könnte ein mögliches Verbot aller HFKWs (Kältemittel, das in herkömmlichen Kälteanlagen verwendet wird) ab dem Jahr 2020 bieten. Kältemittel (Propan, NH3, CO2) könnten zwar eine Alternative darstellen, in herkömmlichen Kälteanlagen können diese jedoch nicht oder nur eingeschränkt verwendet werden.

Ein Kältesystem mit geringem Wirkungsgrad und einem Notsystem, betrieben mit fossilen Brennstoffen, erfordert einen hohen Solaranteil, damit nennenswerte Einsparungen an Primärenergie erzielt werden können. Sonnenkollektionsflächen und Speicher müssen also ausreichend dimensioniert sein.

Es können auch eine solare und eine herkömmliche Kälteanlage (beispielsweise als Notsystem) gleichzeitig betrieben werden. Hierbei reduziert die mit Solarenergie betriebene Anlage den Energiebedarf der herkömmlichen Anlage auch dann, wenn der Solaranteil (beispielsweise in der dunkleren Jahreszeit) gering ausfällt. Notsysteme sollten, sofern möglich, mit erneuerbaren Energieträgern betrieben werden.

Quelle(n):

  • O. Ö. Energiesparverband (2005): Climasol Leitfaden zum Thema solares Kühlen. O. Ö Energiesparverband, Linz , S. 4
  • Preisler, A.; Selke, T.; Neyer, D.; Neyer, J.; Thür, A.; Nocke, B.; Vukits, M.; Schubert, M. und Focke, H. (2013): Solares Kühlen. Technologien – Planung – Betrieb.

Solarwärme

Besonders gut geeignet ist Solarwärme für die Industrie- und Gewerbenutzung, die im Sommer (März bis September) Prozesswärme mit einer relativ geringen Temperatur (unterhalb von 80 °C) benötigen. Um solare Prozesswärme zu nutzen, muss eine ausreichende Fläche für die Installation der Kollektoren vorhanden sein (z. B. Flachdach, Schrägdach). Des Weiteren sollten die Flächen tendenziell nach Süden ausgereichtet sein und einen Neigungswinkel von 35° aufzeigen. Zukünftige Erweiterungen und Umbauten sollten in die Planung einer Solaranlage mit einbezogen werden. Solarwärme ist am wirtschaftlichsten, wenn sie an mindestens fünf Tagen pro Woche Prozesswärme liefern soll.

Quelle(n):

  • Kleinow, M.; Kasa, H. und Kottsieper, K. (2011): Solare Prozesswärme. Sonnenenergie, Ausgabe 01/11 , S. 35 ff.

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Prozesswärme - Mit der Sonne produzieren

Steuerungs- und Automatisierungstechnik

Projekte

Effizienzsteigerung von Werkzeugmaschinen durch Optimierung der Technologien zum Komponentenbetrieb

Prozesseigenschaften:
  • Senkung des Energieverbauchs durch Effizienzsteigerung bei Spindel, Hydraulik, Kühlung und Kühlschmierstoff-Aufbereitung sowie -Bereitstellung
  • Optimierung der Maschinenkühlung durch Einsatz digitaler Scrollverdichter, geregelter Umwälzpumpe, drehzahlvariablem Lüfterantrieb, optimiertem Verflüssiger
  • Reduzierung der hydraulischen Verlustleistung durch Verwendung einer drehzahlvariablen Hydraulikpumpe und eines Druckübersetzers
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Energieeffiziente Roboterprogrammierung

Prozesseigenschaften:
  • Entwicklung von Energieeffizienzmaßnahmen und die Definition eines praxisbezogenen Leitfadens zur energieeffizienten Roboterprogrammierung
  • Energieeinsparung bei Robotern zwischen 24 % – 32 % möglich
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Optimierte Ressourceneffizienz in der Produktion durch energieautarke Sensorik und Interaktion mit mobilen Anwendern (ESIMA)

Prozesseigenschaften:
  • Entwicklung von Hardware- und Softwaremodulen, die Transparenz hinsichtlich Maschinenzuständen und Verbräuchen von Ressourcen ermöglichen
  • Entwicklung von miniaturisierter Sensortechnologie, autarken Funksensoren und Softwaremodulen mit rollenbasiertem Informationszugang
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Optimierungsansätze für die energiesensitive Produktion

Prozesseigenschaften:
  • Emissionsfreie Produktion mit reduziertem Energiebedarf und erhöhter Ressourceneffizienz
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Prozess- und wertschöpfungsorientiert gesteuerte Werkzeugmaschine

Prozesseigenschaften:
  • Energiebedarfsreduktion um insgesamt 30 %
  • Hohe Einsparungen durch Stand-by-Betrieb peripherer Komponenten
  • Reduzierte Leistungsaufnahme durch Volumenstromregelung und prozessbasierte Ansteuerung der Kühlschmierstoff-Hochdruckpumpe
  • Reduktion der Leistungsaufnahme um 70 % durch Ersatz konventioneller Kompressorkühler durch drehzahlgeregelte Luftkühler
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Werkzeugmaschinen produzieren effizienter

Prozesseigenschaften:
  • Studie zur Optimierung des Energiebedarfs von programmgesteuerten, vollautomatischen Bearbeitungszentren
  • Dadurch bis zu 50% Einsparungen gegenüber dem Ausgangszustand möglich
  • Größte Einsparpotentiale bei der Kühlschmierstoff-Versorgung, der Maschinenkühlung und der Hydraulik
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Gute Praxis

Angepasste Steuerungstechnik von Maschinen

Zur Effizienzsteigerung von Werkzeugmaschinen und insbesondere ihrer elektrischen Antriebe kann der Energieverbrauch durch steuerungstechnische Maßnahmen reduziert werden. Dabei wird der Energieverbrauch verschiedener Maschinenkomponenten mittels Messungen, Modellen und Simulationen analysiert und für die Gesamtsteuerung verwertet. Auf diese Weise kann die Leistungsaufnahme an den für den Fertigungsprozess benötigten Leistungsbedarf besser angepasst und damit reduziert werden.

Quelle(n):

  • Verl, A.; Eberspächer, P. und Schlechtendahl, J. (2011): Steuerungstechnik senkt Energieverbrauch von Maschinen [online]. Vogel Business Media GmbH & Co. KG , 16. Dez. 2011, verfügbar unter: [abgerufen am: 14. Jan. 2015] Link

Automatische Prozessüberwachungssysteme

Bei einer Zustandsüberwachung (Condition Monitoring) werden Bearbeitungsprozesse und Anlagenzustände durch den Einsatz von Sensoren permanent erfasst und analysiert, um hohe energetische Wirkungs- und Nutzungsgrade zu erzielen, Energieverluste einzuschränken oder anfallende Energie zu nutzen. Beispielsweise kann die angesaugte Luft im Druckluftsystem kontinuierlich überwacht und Leckagen können somit frühzeitig erkannt werden.

Die regelmäßige Zustandsüberwachung von Fertigungsanlagen, Maschinen, Bearbeitungsprozessen und Werkstückqualitäten führt zur frühzeitigen Erkennung von Verschleißeffekten und dient der Vorbeugung ungeplanter Ausfälle. Auch kann die Lebensdauer von Fertigungsanlagen dadurch verlängert werden und Instandsetzungsmaßnahmen sind besser planbar.

Quelle(n):

  • Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V. (kein Datum): Energieeffizienz in der Produktion – Untersuchung und Handlungs- und Forschungsbedarf. Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., auch verfügbar als PDF unter: , S. 8 f. Link
  • Hülsmann, S. et al. (2012): Energieeffizienz in der Produktion im Bereich Antriebs- und Handhabungstechnik – Grundlagen und Maßnahmen. EnEffAH-Projektonsortium.

Automatisches Abschalten

Die Steuerung von Anlagen oder Maschinen erlaubt oftmals eine automatische Abschaltung nicht benötigter Komponenten nach einigen Minuten der Inaktivität. Wenn die temporäre Abschaltung im Fertigungsprozess nicht erwünscht ist, kann eine Start-Stopp-Automatik sinnvoll sein. Diese ermöglicht es, eine Maschine per Knopfdruck oder über die Leitsteuerung schnellstmöglich in einen energiesparenden Zustand zu versetzen.

Quelle(n):

  • VDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH (2017): Ressource Deutschland DE [online]. VDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH, verfügbar unter: Link

Drehzahlgeregelte Systeme

Elektrische Antriebe, die ungeregelt oder mit unangepassten Werkseinstellungen betrieben werden, sind in den meisten Fällen nicht energieeffizient. Optimal eingestellte Regler und Steuerungsparameter sowie Verfahren zur automatisierten Nachregelung der Drehzahl bewirken eine bestmögliche Ausnutzung der aufgenommenen Leistung.

Quelle(n):

  • VDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH (2017): Ressource Deutschland DE [online]. VDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH, verfügbar unter: Link

Energiesensitive Anlagensteuerung

Durch kontrolliert stufenweises Hochfahren von Teilkomponenten einer gesamten Anlage, durch gestaffelte Pausen-An- und -Abschaltung, durch Verlagerung ausgewählter Prozesse in Niedertarifzeiten kann die Maximallast begrenzt werden. Einige dieser Betriebsweisen können zeit- bzw. kalendergesteuert realisiert werden. Betriebsweisen, die auf dynamische und stochastische Veränderungen (z. B. den Lastverlauf) reagieren müssen, bedürfen einer Kopplung zwischen dem beschriebenen Energiemonitoring-System und der operativen Steuerung des Betriebs. Konkrete Schaltvorgänge im Leitstand, die sich aus Informationen des Energiemonitorings ableiten (z. B. Alarme bei Grenzwertverletzung), erfordern jedoch oft noch aktive Eingriffe durch das Personal.

Quelle(n):

  • Müller, E. und Löffler, T. (2011): Mess- und Automatisierungstechnik für die energieeffiziente Produktion. In: Neugebauer, R.; Götze, U. und Drossel, W.-G.: Methoden der energetisch-wirtschaftlichen Bilanzierung und Bewertung in der Produktionstechnik. Verlag Wissenschaftliche Scripten Auerbach, ISBN 978-3-942267-25-0, auch verfügbar als PDF unter: [abgerufen am: 19. Jan. 2015] Link

Mechatronische Antriebskonzepte

Bei der elektrischen Antriebstechnik wird zukünftig die Mechanik aus Motor und Getriebe mit der Elektronik aus Frequenzumrichtern und Servo Controllern eine Einheit bilden. Damit wird es dezentral möglich sein, das Antriebssystem einschließlich Leistungsversorgung und Netzanschluss komplett in die jeweilige Maschine zu integrieren. Dieses neue Konzept unterstützt die horizontale und vertikale Vernetzung von Maschinen und Anlagen.

Quelle(n):

  • Völkert, A. und Schäfer, R. (2014): Die Antriebe werden immer schlauer und effizienter [online]. MaschinenMarkt (45/14), verfügbar unter: Link

Prozesskomplexität

Zur Steigerung der Ressourceneffizienz muss die Prozesskomplexität beherrschbar sein, um Anlagen ständig in der Nähe des energetischen Optimums zu betreiben. Die Steuerungs- und Automatisierungstechnik schafft hierfür die Voraussetzungen. Praktische Beispiele zur Steigerung der Energieeffizienz umfassen drehzahlgeregelte Antriebe, eine anlagenweite Optimierung durch modellprädiktive Regelungen, den Einsatz von Fertigungsrobotern bis hin zum automatisierten Teiletransport sowie die Zufuhr- und Fördertechnik. Welchen Anteil die einzelnen Verbraucher am Gesamtenergieverbrauch haben, hängt stark von dem Anwendungsfall und der Betriebsweise ab und variiert von Anlage zu Anlage.

Quelle(n):

  • Schächtele, K. und Krämer, S. (2011): Energieeffizienz – Energieeffizienz als Querschnittsthema der Namur [online]. Vogel Business Media GmbH & Co.KG, 11. Nov. 2011, verfügbar unter: [abgerufen am: 19. Jan. 2015] Link

Sensoren

Um Anlagen ressourceneffizient zu betreiben, gilt es, einen unnötigen Energieverbrauch, den Leerlauf von Maschinen und Anlagen sowie nicht erforderliche Aufheiz- und Abkühlvorgänge zu vermeiden oder zu vermindern. Durch effizientes Messen, Registrieren und Auswerten können Energieverbräuche zugeordnet, Abweichungen erkannt und Gegenmaßnahmen ergriffen werden. Die Sensorik leistet hier einen großen Beitrag zur Auslastung der Produktionsanlagen, zur Leistungsanpassung, Reduktion von Verteilungsverlusten (z. B. Leckagen) und sorgfältigen Instandhaltung. Zu den Funktionen von Sensoren und Messtechnik zählen z. B.:

  • Mengenüberwachung
       - Energie
       - Stoffstrom
  • Zustandsüberwachung wie z. B.
       - Gewicht
       - Temperatur
       - Schwingung

Trend – Intelligente Sensoren
Da es zunehmend schwierig wird, die ständig steigenden Datenmengen zentral zu verarbeiten, ist eine „Verdichtung“ der Daten im Sensor notwendig. Sogenannte intelligente Sensoren oder auch „Sensoren 4.0“ stellen nicht mehr nur Messsignale elektronisch zur Verfügung, sondern senden auch applikationsangepasste Auswertungen der Messungen drahtlos oder über Bussysteme an zentrale Steuereinheiten. Zudem können die Sensoren auch zum Teil miteinander kommunizieren.

Quelle(n):

  • ForschungsVerbund Erneuerbare Energien und AMA Fachverband für Sensorik e. V. (2013): Workshop Sensorik für Erneuerbare Energien und Energieeffizienz. ForschungsVerbund Erneuerbare Energien, Berlin S. 9 - 16, 35

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Rundgang bei ZF Friedrichshafen AG

Transport

Projekte

Das CO2-neutrale Logistikzentrum

Prozesseigenschaften:
  • Forschung zum energetischem Optimum der Intralogistik als Gesamtsystem
  • Daraus wurde ein Softwaretool entwickelt in dem Hinweise und Handlungsempfehlungen hinterlegt sind
  • Die manuelle Lagerhalle kann CO2-neutral realisiert werden, bei halbautomatischen Logistikzentren lassen sich ca. 92% der CO2-Emission einsparen und bei vollautomatischen Zentren lassen sich 70-75% einsparen
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Effizienz von Prozessen, Systemen und Technologien in der Intralogistik

Prozesseigenschaften:
  • Entwicklung neuer wissenschaftlicher Methoden und Modelle zur Analyse, Bewertung und Optimierung von Intralogistik-Systemen
  • Entwicklung eines Benchmarking-Systems
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Perfekter Materialstrom im Schwarzwald

Wärme- und Kältetechnik

Projekte

Energiestromanalyse bei der Herstellung von Präzisionswerkzeugen

Prozesseigenschaften:
  • Durchführung einer Energiestromanalyse mit dem Ziel einer effizienten Wärme- und Kälteerzeugung
  • Nutzung des Grundwassers zur Kühlung der Produktionshalle und verschiedener Fertigungsanlagen
  • Reduktion des Primärenergiebedarfs durch die Installation einer erdsondengebundenen Wärmepumpenanlage
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Entwicklung einer energieeffizienten transkritischen CO2-Kälteanlage mit Parallelverdichtung und Energierückgewinnung

Prozesseigenschaften:
  • Synergieeffekte der Parallelverdichtung und Wärmerückgewinnung werden ausgenutzt
  • Besonders effektiv bei hohen Außentemperaturen
  • Dadurch Effizienzsteigerung um 5% bis 25% möglich
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Förderung von Maßnahmen an Kälte- und Klimaanlagen

Prozesseigenschaften:
  • Förderung von Neuerrichtung, Voll- und Teilsanierung von Kälte- und Klimaanlagen sowie von Kälte- und Wärmespeichern durch BMUB im Rahmen der Nationalen Klimaschutzinitiative (NKI)
  • Vereinfachung der Antragstellung durch einen Online-Förderrechner
  • Klarer und einfacher Aufbau des Online-Förderrechners
  • Nach nur vier Schritten werden mögliche Zuschüsse für die Voll- oder Teilsanierung beziehungsweise die Neuerrichtung einer Kälte- oder Klimaanlage angezeigt
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Gebäude heizen und kühlen mit SolarEis

Prozesseigenschaften:
  • Wärmeversorgung durch Gas-Absorptionswärmepumpe
  • Gebäudekühlung erfolgt im Sommer durch SolarEis-Speicher
  • Effizienzsteigerung der Primärenergienutzung
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Hocheffiziente Wärmepumpe mit Wasser als Arbeitsmittel

Prozesseigenschaften:
  • Konzipierung eines effizienten Wärmepumpensystems auf Basis der Direktverdampfung von Wasser
  • Entwicklung erforderlicher Anlagenkomponenten
  • Verdopplung der Effizienz gegenüber dem Stand der Technik
  • Einsparung von elektrischer Energie
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Mit Gas-Adsorptionswärmepumpen heizen

Prozesseigenschaften:
  • Kombination aus Brennwerttechnik und Wärmepumpenmodul (Zeolith-Wasser-Basis)
  • Energiequelle: Erdwärme oder Solarenergie
  • Bedarfsspitzen werden durch Gas-Brennwerttechnik abgedeckt
  • Geringer Wartungsaufwand für Wärmepumpenmodul über gesamte Nutzungsdauer
  • Reduktion des Brennstoffverbrauchs um mehr als 20 %
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Mit Wärme kühlen

Prozesseigenschaften:
  • Thermisch angetriebene Kältemaschinen zur Kühlung und Klimatisierung von Gebäuden
  • Einstufige Absorptionskälteanlage: Wasser als Kältemittel und Lithiumbromid als Absorbens
  • Kältemaschinen auch als Wärmepumpe für die Gebäudeheizung nutzbar
  • Reduktion des Wärmeaufwands um ca. 40 %
  • Reduktion des Primärenergieeinsatz um ca. 50 %
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Solarthermische Kälteanlage mit Parabolrinnenkollktorsystem zur Dampferzeugung

Prozesseigenschaften:
  • Das Ammoniak-Wassergemisch ist kostengünstig, gewährleistet den Frostschutz, und verfügt über eine hohe Verdampfungsenthalpie sowie eine hohe Wärmekapazität
  • Ein Betrieb der Kollektoren im Nassdampfbereich ist sinnvoller als mit überhitztem Dampf
  • Die tiefer gezogenen Aluminiumsegmente der Kollektoren führt zu einer guten Formtreue der Spiegel
  • Die Edelgasfüllung in den Receivern, in denen die Solarstrahlung in Wärme umgewandelt wird, bewirkt eine signifikante Senkung der Wärmeverluste
  • Das Kollektorfeld kann mit 200° C Kollektorvorlauftemperatur zuverlässig betrieben werden; zwei Minuten nach Einschalten des Systems wird eine Temperatur von 200° C am Kollektoraustritt erreicht
  • Beide Anlagenteile – Parabolkollektoren und DSKM – haben sich als funktionstüchtig erwiesen. Einige Komponenten der Parabolrinnen müssen hinsichtlich ihrer Langzeitstabilität optimiert werden
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Gute Praxis

Absorptionskälteanlagen

Das Prinzip einer Absorptionskältemaschine beruht auf einem thermischen Kompressor, der direkt befeuert, aber auch mit Abwärme betrieben werden kann. Der Einsatz lohnt sich also insbesondere da, wo Abwärme anfällt und auf ähnlichem Niveau Kälte benötigt wird. Für die Klimatisierung von Büroräumen kann zusätzlich eine solarthermische Anlage als Wärmequelle in Betracht kommen.

Absorptionskältemaschinen weisen folgende Vorteile auf: möglicher Einsatz umweltschonender Kältemittel, Abwärme als Energiequelle nutzbar, geringer Wartungsaufwand und hohe Lebensdauer u. a. durch Fehlen bewegter oder drehender Teile, geringe Schallemissionen, geringer elektrischer Energiebedarf.

Quelle(n):

  • EnergieAgentur.NRW (2010a): Kälteerzeugung. Potenziale zur Einsparung. EnergieAgentur.NRW, Düsseldorf S. 6

Alternativen zu Kälteanlagen

In bestimmten Regionen in Deutschland kann und darf Grundwasser oder Oberflächenwasser (Flüsse, Seen, Hafenbecken)zur Prozesskühlung eingesetzt werden. Die Nutzung von Grundwasser bietet sich in der Regel bei einem Kühltemperaturniveau oberhalb von 12 °C an. Besonders Grundwasser kann eine sehr effektive und kostengünstige Alternative zu Kaltwassersätzen mit Leitungswasser oder aktiven Kühlaggregaten bieten.

Es sollte geprüft werden, ob zur Klimatisierung von Betriebsräumen eine passive Kühlung eingesetzt werden kann. Bei einer passiven Kühlung wird Außenluft in die Räume geführt. Zu beachten ist dabei, dass bei hohen Temperaturen eine Vorkühlung der angesaugten Luft stattfinden muss. In Hochtemperaturperioden kann die kühlere Nachtluft zur thermischen Entladung der Bausubstanz genutzt werden.

Quelle(n):

  • Bayerisches Landesamt für Umwelt [BLfU] (2004): Klima schützen – Kosten senken. Leitfaden für effiziente Energienutzung in Industrie und Gewerbe. 1. Auflage, Bayerisches Landesamt für Umwelt, Augsburg S. 12 ff.
  • EnergieAgentur.NRW (2010a): Kälteerzeugung. Potenziale zur Einsparung. EnergieAgentur.NRW, Düsseldorf S. 7

Kompressionskälteanlagen

Bei einer Kompressionskältemaschine kommt dem Verdichter mit ca. 88 % der größte Anteil der Leistungsaufnahme zu. Den Rest teilen sich Verdampfer (7 %) und Verflüssiger (5 %). Ziel sollte es sein, die Leistungsaufnahme des Verdichters so zu optimieren, dass die zu verrichtende Arbeit so gering wie möglich gehalten wird. Das größte Potenzial zur Ressourceneffizienz liegt dabei in der Optimierung von Verdampfungs- und Kondensationstemperatur. Je kleiner die Temperaturdifferenz zwischen Verdampfer und Kondensator ausfällt, desto geringer ist die Druckdifferenz, die vom Verdichter überwunden werden muss. Wenn die Verdampfungstemperatur erhöht wird, sinkt der Energieaufwand am Verdichter. Um jedoch die Verdampfungstemperatur zu erhöhen, werden entweder höhere Luftgeschwindigkeiten, die wiederum mit erhöhtem Energieaufwand verbunden sind, oder größere Tauschflächen, die mit Investitionskosten einhergehen, benötigt. Um Kompressionskältemaschinen effizient zu betreiben, müssen also Betriebs- und Investitionskosten genau abgewogen werden.

Wird die Kältelast nur zu Spitzenzeiten voll gefordert, könnte sich der Einsatz eines Kältespeichers lohnen. So könnten Leistungsspitzen vermindert werden.

Der Energiebedarf wird auch von der Wahl des Kühlmittels beeinflusst. Beispielsweise erfordert eine Luftkühlung im Vergleich zur Brunnenwasserkühlung einen größeren Verdichter und damit höheren Energiebedarf. Jedoch sind höhere Investitionskosten (Pumpen, Wasseraufbereitung etc.) bei der Wasserkühlung zu beachten.

Aus Gründen des Klimaschutzes sollte, wenn technisch möglich, auf den Einsatz von H-FKW-Kältemitteln (teilhalogenierte Fluorkohlenwasserstoffe) verzichtet werden. Stattdessen sollten natürliche Kältemittel wie Ammoniak, Wasser oder CO2 bevorzugt werden. Als Kriterium für die Betriebskosten gilt u. a. die volumetrische Kälteleistung, die anzeigt, wie viel Kälteleistung mit einem Kubikmeter Kältemittel theoretisch möglich ist. Zu beachten ist aber, dass sich die stofflichen Eigenschaften von Kältemitteln unter bestimmten Druck- und Temperaturverhältnissen verändern und es daher günstige und weniger günstige Einsatzbereiche gibt.

Quelle(n):

  • EnergieAgentur.NRW (2010a): Kälteerzeugung. Potenziale zur Einsparung. EnergieAgentur.NRW, Düsseldorf S. 3 ff.
  • Umweltbundesamt (2001a): Referenzdokument über die Besten Verfügbaren Techniken bei Industriellen Kühlsystemen. Umweltbundesamt, Berlin S. i ff.

Kraft-Wärme-Kopplung

Der Wirkungsgrad konventioneller Kraftwerke liegt bei ca. 40 %. 60 % der eingesetzten Energie wird demnach i. d. R. ungenutzt als Abwärme an die Umwelt abgegeben. Die Kraft-Wärme-Kopplung zeichnet sich dadurch aus, dass durch die Nutzung der Abwärme der Gesamtwirkungsgrad gesteigert wird. Über dezentrale Blockheizwerke (wärmegeführt oder stromgeführt) kann die Stromerzeugung dort stattfinden, wo die zeitgleich anfallende Wärme genutzt werden kann und nicht erst über lange Wege transportiert werden muss.

Um ein Blockheizkraftwerk wirtschaftlich betreiben zu können, müssen lange Laufzeiten gewährleistet werden. Bei Nahwärmenetzen, sollten ca. 5.000 Vollbenutzungsstunden erreicht werden. Je länger Wärme und Strom in ein System abgegeben werden, desto höher ist i. d. R. die Wirtschaftlichkeit. Bei der Planung sollte die Wärmenutzung im Vordergrund stehen. Hierbei muss die thermische Leistung so bemessen werden, dass auch bei Schwachlastzeiten (beispielsweise im Sommer) die Wärme abgenommen werden kann und das BHKW nicht zu oft takten muss. Bei hohen Kühllasten (Kühlräumen, großen Klimaanlagen) im Sommer kann die Erweiterung durch eine Kältemaschine einen guten Synergieeffekt ergeben (Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung, "KWKK"). Da sich ein klassisches Blockheizwerk über die vermiedenen Stromkosten rechnet, muss bei der Planung auch der Verbrauch im Objekt mitberücksichtigt werden.

Ottomotor/Gasmotor
Der Ottomotor stellt den gängigsten Motor für den Einsatz in einem BHKW dar. Er zeichnet sich insbesondere durch seine Flexibilität aus und kann sowohl in Mikro-BHKWs (2,5 bis 15 kWel) als auch in etwas leistungsstärkeren Mini-BHKWs (15 bis 50 kWel) eingesetzt werden. Häufig wird auch ein Gasmotor (ein umgerüsteter Ottomotor, der statt mit flüssigem Kraftstoff mit Gas oder anderen Brennstoffen arbeitet) verwendet.

Vorteile:

  • Gesamtwirkungsgrad von über 80 %,
  • gute Regelbarkeit der Leistung,
  • ausgereifte Technik,
  • gute Ersatzteilversorgung,
  • geringe spezifische Investition,
  • direkte Verwendung von Primärenergie möglich.

Nachteile:

  • im Vergleich mit dem Stirlingmotor: relativ wartungsintensiv, da er viele bewegliche Teile und einen hohen Verschleiß aufweist,
  • CO2-Emissionen durch Verbrennung.

Stirlingmotor
Der Stirlingmotor ist der kleinste Motor, der für ein BHKW eingesetzt werden kann. In ihm befindet sich ein Zylinder, der mit Arbeitsgas gefüllt ist. Durch eine äußere Erhitzung entstehen eine heiße und eine kalte Zone, die die Kolben bewegen. Im Stirlingmotor selbst findet keine Verbrennung statt.

Vorteile: 

  • prinzipiell kann jeder Brennstoff (auch Hackschnitzel, Pellets etc.) verwendet werden,
  • wird Solarenergie verwendet gibt es keine Emissionen,
  • wartungsarm, da er wenige bewegliche Teile aufweist,
  • abgasarm,
  • vibrationsarm und leise,
  • klein bzw. platzsparend,
  • eine hohe Wärmeerzeugung.

Nachteile:

  • vergleichsweise geringer Stromertrag,
  • Wirkungsgrad geringer als bei Otto-Motor-BHKW,
  • relativ hohe Investitionskosten,
  • CO2-Emissionen durch Verbrennung.

Dieselmotor
Dieselmotoren eignen sich sowohl für Mini-BHKWs (15 bis 50 kWel) als auch für noch leistungsstärkere Anlagen. Dieselmotoren werden entweder mit (Bio-)Diesel oder Heizöl betrieben.

Vorteile:

  • hoher Wirkungsgrad von bis zu 95 %,
  • gute Regelbarkeit der Leistung,
  • ausgereifte Technik,
  • gute Ersatzteilversorgung,
  • geringe spezifische Investition,
  • direkte Verwendung von Primärenergie möglich.

Nachteile:

  • wartungsintensiv,
  • CO2-Emissionen durch Verbrennung.

Brennstoffzellen
Der Energieträger (Erdgas) wird elektrochemisch in elektrische und thermische Energie umgewandelt. Die Wirtschaftlichkeit von Brennstoffzellen für BHKWs ist noch nicht hundertprozentig gegeben, da sich diese Technologie zurzeit in einem Entwicklungsstadium befindet. Viele Hersteller stehen aber vor der Markteinführung serienreifer Produkte.

Vorteile:

  • hoher Wirkungsgrad,
  • elektrischer Wirkungsgrad ca. 50%,
  • kaum oder keine beweglichen Teile,
  • sehr leise,
  • Emissionen beschränken sich auf H2O.

Nachteile:

  • hohe Investitionskosten im Vergleich zu etablierten Heizungsanlagen,
  • hochkomplexe Geräte- und Systemtechnik,
  • teilweise sehr hohes Temperaturniveau der Abwärme setzt gute verlässliche Wärmeabnahme voraus.

Quelle(n):

  • Bayerisches Landesamt für Umwelt [BLfU] (2004): Klima schützen – Kosten senken. Leitfaden für effiziente Energienutzung in Industrie und Gewerbe. 1. Auflage, Bayerisches Landesamt für Umwelt, Augsburg S. 18 ff.
  • BINE Informationsdienst (2006): Kraft und Wärme koppeln [online]. Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, Okt. 2006, verfügbar unter: Link
  • Bundesverband Kraft-Wärme-Kopplung e. V. [BKWK] (2013): Chance für Wirtschaft und Umwelt. Kraft-Wärme-Kopplung. BKWK, auch verfügbar als PDF unter: Link
  • KWK Modellstadt Berlin (2009): Informationssammlung zur Kraft-Wärme-Kopplung. KWK Modellstadt Berlin, auch verfügbar als PDF unter: Link

Wärmepumpen

In der Regel werden Wärmepumpen für die Heizung und Warmwasserbereitung eingesetzt. Eine neuere Variante der Wärmepumpe kann über ein spezielles Expansionsventil und kleinere Modifikationen auch zum Kühlen genutzt werden und somit eine zusätzliche Klimaanlage ersetzen. Über eine passive Kühlung kann ein Raum um etwa 5 K abgekühlt werden. Ist eine höhere Kühlleistung erforderlich, sollte über eine aktive Kühlung per Wärmepumpen nachgedacht werden. Hierbei wird das Prinzip der Wärmepumpe umgedreht. Für die Kühlung eignen sich insbesondere Erdsonden, über die im Kühlbetrieb die Wärme an das „kühlere Erdreich“ abgegeben wird. Allerdings ist zu beachten, dass die Erdsonden regelmäßig regeneriert werden müssen.

Der Stromverbrauch der Wärmepumpe hängt entscheidend von der Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle und Wärmesenke ab. Je kleiner die Temperaturdifferenz ist, desto effektiver arbeitet die Wärmepumpe. Daher ergeben Systeme, die auf niedrigem Temperaturniveau betrieben werden (z. B. Fußbodenheizungen), im Zusammenhang mit Wärmepumpen immer die erste Wahl.

Es muss beachtet werden, dass der Verdichter der Wärmepumpen  die zulässigen Schallemissionen nicht überschreitet. Ob eine Wärmepumpe installiert werden kann, ohne dass der Betreiber oder Dritte (z. B. Nachbarn, Mitarbeiter) von der Geräuschimmission beeinträchtigt werden, muss vorab geprüft werden.

Quelle(n):

  • Bundesverband Wärmepumpen e. V. [BWP] (2011a): Heizen mit Wärmepumpe – Klimafreundlich, zukunftssicher, wartungsarm. Bundesverband Wärmepumpen e. V., auch verfügbar als PDF unter: Link
  • Bundesverband Wärmepumpen e. V. (2011): Leitfaden Schall.
  • Verbraucherzentrale Bundesverband e. V. Energieteam [VZBV Energieteam] (2010): Checkliste Wärmepumpen 2010. Eine Verbraucherinformation. 2. Auflage, Juni 2010, Verbraucherzentrale Bundesverband e. V., auch verfügbar als PDF unter: Link

Weitere Ansätze zur Optimierung von Prozesskälte

  • Optimale Abstimmung der Anlagentechnik, Kältemittel und Kühlmedien auf die gegebenen und die jeweils benötigten Temperaturverhältnisse,
  • Reduktion des generellen Kältebedarfs, beispielsweise durch den Einsatz verbesserter Isolierung,
  • Verminderung des Kälteverlustes in Kühllagerräumen, beispielsweise durch den Einsatz von Schleusen,
  • Verringerung der Wärmeeinstrahlung durch innere Wärmequellen, wie beispielsweise Beleuchtung.

Quelle(n):

  • Umweltbundesamt (2001a): Referenzdokument über die Besten Verfügbaren Techniken bei Industriellen Kühlsystemen. Umweltbundesamt, Berlin S. i ff.

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Strom und Stickstoff selber machen

Werkzeugmanagement

Projekte

Unternehmensübergreifendes Lebenszyklusmanagement für Werkzeuge in der Cloud mittels eindeutiger Kennzeichnung und Identifikation (ToolCloud)

Prozesseigenschaften:
  • Werkzeugrelevante Kenndaten/ Parameter werden für alle Benutzer permanent verfügbar gemacht
  • Reduktion händischer Eingaben soll durch eine neu entwickelte digitale Werkzeugbegleitkarte erreicht werden
  • Zeitersparnis bei Rüstvorgängen und Fehlerminimierung werden somit erzielt
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Verfahrensübergreifende Technologieplanung unter Nutzung einer objektorientierten Datenbank zur Abbildung von betriebsmittelbezogenem Technologiewissen

Prozesseigenschaften:
  • Entwicklung einer Datenbank über die Werkzeugauswahl bei CAD/CAM-Systemen um die Suche nach ihnen zu vereinfachen
  • Dafür wurde eine einheitliche detaillierte Werkzeugbeschreibungssystematik entwickelt
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Gute Praxis

Einsatz von Werkzeugausgabesystemen

Der Einsatz von Werkzeugausgabesystemen stellt ein wichtiges Hilfsmittel für die Produktionsplanung dar. Über die Benutzerkennung wird registriert, welcher Mitarbeiter sich welches Werkzeug entnimmt und für welche Arbeit dieses dann eingesetzt wird. Diese Erfassung funktioniert bspw. mittels RFID. Somit wissen alle Mitarbeiter stets, wo sich alle Werkzeuge befinden – lange Warte- und Stillstandszeiten können somit vermieden werden. Mit Hilfe von Netzwerkfunktionen kann die Produktionsplanung dann auf bevorstehende niedrige Lagerstände reagieren und so ggf. nachbestellen. So lassen sich Fertigungs- und Lagerhaltungskosten minimieren und der Einkauf rationalisieren.

Quelle(n):

  • Hiemer, K. (2016): Mehr Übersicht im Werkzeugsystem [online]. verlag moderne industrie GmbH, 23. Sept. 2016, verfügbar unter: [abgerufen am: 20.06.2017] Link

Werkzeugverwaltung und durchgängige Prozesskette

Durch eine Werkzeugverwaltung, die sich beispielsweise in eine durchgängige CAD-/CAM-Prozesskette integrieren lässt, können Nebenzeiten stark reduziert und produktive Maschinenzeiten maximiert werden. Es werden sämtliche für die Fertigung eines Bauteils relevanten Werk- und Schneidzeuge, Aufnahmen und Normteile aufgelistet und können schon vor dem Rüsten durch eine Kollisionsüberwachung auf ihre Tauglichkeit für die Fertigung überprüft werden. Zudem lassen sich sämtliche Werkzeugdaten mittels Netzwerkschnittstelle abrufen und können in den Konstruktionsprozess einfließen und ein Bauteil hinsichtlich Herstellbarkeit optimieren. Die so verkürzten Organisationszeiten wirken sich positiv auf die Produktionskosten aus, die durch diese Maßnahme erheblich vermindert werden können.

Quelle(n):

  • Naumann, M. und Michel, S. (2013): Wettbewerbsfähiger mit einer durchgängigen CAD/CAM-Prozesskette [online]. Vogel Business GmbH & Co. KG, 28. Aug. 2013, verfügbar unter: [abgerufen am: 20.06.2017] Link

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Industrie 4.0 leicht gemacht

Dämmung Außenwand

Die Investition in einen hohen Dämmstandard lohnt sich. Durch eine Optimierung der Dämmung der Gebäudehülle kann im Vergleich zu einer Ausführung nach EnEV 2014 der Energieverbrauch für Heizung um 35 % reduziert werden. Erfahren Sie daher mehr über die Ressourceneffizienz der einzelnen Dämmstoffe. Das Bauteil kann an verschiedenen Positionen gedämmt werden. Nach DIN 4108-10 bieten sich folgende Einbausituationen für eine Wärmedämmung:

Dämmung Bodenplatte

Verhindern Sie durch eine Dämmung der Bodenplatte, dass wertvolle Heizenergie verloren geht. Nach DIN 4108-10 können Sie dabei zwischen einer oberseitigen und einer unterseitigen Dämmung der Bodenplatte auswählen:

Dämmung Dach

Die Investition in einen hohen Dämmstandard lohnt sich. Durch eine Optimierung der Dämmung der Gebäudehülle kann im Vergleich zu einer Ausführung nach EnEV 2014 der Energieverbrauch für Heizung um 35 % reduziert werden. Erfahren Sie daher mehr über die Ressourceneffizienz der einzelnen Dämmstoffe. Das Bauteil kann an verschiedenen Positionen gedämmt werden. Nach DIN 4108-10 bieten sich folgende Einbausituationen für eine Wärmedämmung:

Dämmung Kellerwand

Verhindern Sie durch eine Dämmung der Kellerwand, dass wertvolle Heizenergie verloren geht. Nach DIN 4108-10 haben Sie dabei die Auswahl zwischen einer innenseitigen und einer außenseitigen Dämmung: 

Tragwerk

Das Tragwerk spielt aufgrund seines großen mengen- und gewichtsmäßigen Anteils am Gebäude eine zentrale Rolle bei der Umsetzung von Ressourceneffizienzmaßnahmen im Hochbau.

 

Wie die Wahl unterschiedlicher Materialien die Ressourceninanspruchnahme für das Tragwerk maßgeblich beeinflusst, zeigt das Beispiel einer Stütze, die vergleichshalber jeweils aus Holz, Stahlbeton und Stahl ausgebildet wird. Weitere Ansatzpunkte zur Reduktion der Ressourceninanspruchnahme sind die Verwendung höherfester Güten (z. B. hochfester Stahl) und die Integration von Recyclingmaterial (z. B. Recyclingbeton).

 

Versiegelte Grundstücksfläche

Die Versiegelung von Flächen mit Anschluss an das Kanalsystem greift massiv in den natürlichen Wasserkreislauf ein, da anfallendes Regenwasser nicht versickern und nur zu einem deutlich verringerten Anteil verdunsten kann. Hier hilft die Entsiegelung von Flächen, wofür es grundsätzlich zwei technische Möglichkeiten gibt: Entweder werden befestigte Grundstücksbereiche so gestaltet, dass sie offen genug sind für eine direkte Versickerung des Regenwassers (Stichwort: Entsiegelung) oder das gesammelte Wasser versiegelter Flächen wird einer lokalen Versickerungsanlage zugeführt.

 

Erfahren Sie hier mehr über die Vorzüge der Flächenentsiegelung und die Möglichkeiten einer technischen Umsetzung:

 

Wasser

Wassernutzung bei einem Flachdach

Bei einem Flachdach stehen grundsätzlich zwei Möglichkeiten zur Verwendung des anfallenden Regenwassers zur Verfügung: Entweder wird dieses - wie auch beim Steildach – zur Reduktion des Frischwasserverbrauchs im Gebäude genutzt oder es wird durch Ausbildung eines Gründachs zum Großteil verdunstet und damit in den natürlichen Wasserkreislauf zurückgeführt. Der verbleibende verminderte Dachabfluss kann dann entweder im Gebäude genutzt, auf dem Grundstück versickert oder – im ökologisch ungünstigsten Fall – in den Kanal eingeleitet werden. Im Hinblick auf den natürlichen Wasserkreislauf ist das Gründach wegen der Verdunstung des Niederschlags der Regenwassernutzung vorzuziehen.

Erfahren Sie mehr zu folgenden Verwendungsmöglichkeiten von Regenwasser, mit denen Sie nachhaltig zur Schonung der Ressource Wasser beitragen:


Regenwassernutzungsanlage

Wird anfallendes Regenwasser gesammelt, kann es für verschiedene Einsatzzwecke im Gebäude bzw. im Außenbereich genutzt werden. Dies reduziert den Trinkwasserverbrauch merklich.


Toilettenspülung

Durch moderne Spülkästen und dazu passende WC-Becken lässt sich der Wasserverbrauch pro Spülgang halbieren. Ein Betrieb mit 100 Mitarbeitern kann so im Jahr ca. 300 m³ Wasser einsparen. Wird zusätzlich eine Regenwassernutzungsanlage installiert, so kann komplett auf den Einsatz von Trinkwasser zur Toilettenspülung verzichtet werden. Auch die regelmäßige Kontrolle sanitärer Einrichtungen zahlt sich aus.

Erfahren Sie hier mehr zu Einsparpotenzialen:

 

Waschbecken

Durch Ausrüstung bestehender Armaturen mit wassersparenden Bauteilen, wie Durchflussbegrenzern und Durchflussmengenkonstanthalter, kann Ihr Wasserverbrauch um 60 % reduziert werden. Ein Betrieb mit 100 Mitarbeitern kann so im Jahr 350 m³ Trinkwasser einsparen.

Folgende Maßnahmen helfen, den Wasserverbrauch an Waschbecken merklich zu senken:

Darüber hinaus kann durch eine effiziente Warmwasserversorgung wertvolle Energie eingespart werden.


Wasserzähler

Die Installation und Zugänglichkeit von Wasserzählern nehmen eine wichtige Rolle beim Wassersparen ein. Zum einen motivieren die Ablesewerte, die Anstrengungen beim Wassersparen zu intensivieren. Zum anderen stellt die regelmäßige Ablesung das einwandfreie Funktionieren der Wasserversorgung sicher. Zusammen mit der regelmäßigen Kontrolle der sanitären Einrichtungen können so Leckagen, defekte Armaturen u. Ä. schnell behoben werden. So verhindert Sie, dass ein tropfender Wasserhahn bis zu 5.000 Liter Trinkwasser in einem Jahr vergeudet.

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