Werkzeugmaschinen und Prozesse ressourceneffizient gestalten

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Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU

Um den Herausforderungen und der Vorreiterrolle auch in Zukunft gerecht werden zu können, wird das Institut in den nächsten Jahren systematisch zur Forschungsfabrik „Ressourceneffiziente Produktion“ weiterentwickelt und ausgebaut. Eine Herausforderung, der sich das Fraunhofer-IWU in diesem Zusammenhang stellen muss, ist die Realisierung energieautarker Produktionsabläufe.

Produktion muss bei Schwankungen in der Stromversorgung weiterlaufen

In der Praxis heißt das, dass eine Produktion zumindest über einen gewissen Zeitraum unabhängig von externen Energieversorgern über einen bestimmten Zeitraum gestaltet und aufrechterhalten werden kann. Dies schließt insbesondere auch die Sicherung qualitätssensibler Produktionsabläufe bei schwankenden Stromqualitäten ein, etwa durch Netzschwankungen aufgrund der verstärkten Nutzung volatiler regenerativer Energie.

Um dieser Herausforderung gerecht werden zu können, hat das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik eine aus drei Stufen bestehende Strategie entwickelt, die im Rahmen der Forschungsfabrik „Ressourceneffiziente Produktion“ umgesetzt werden wird:

Höhere Prozessstabilität steigert Wirkungsgrad in der Produktion

Um den Wirkungsgrad in der Produktion zu verbessern, zielt die erste Stufe insbesondere auf die Erhöhung der Prozessstabilität und somit auf die Reduzierung von Ausschuss beziehungsweise Nacharbeit ab. Geeignete Maßnahmen zur Erreichung dieser Zielstellung sind die Entwicklung und Umsetzung intelligenter Prozessüberwachungs- oder Reglungsstrategien sowie die Anwendung von energie- und ressourceneffizienten Fertigungstechnologien beziehungsweise -systemen. Auch die Optimierung und Verkürzung von Prozessketten auf Basis von intelligenten Prozesskombinationen beziehungsweise -integrationen oder innovativer Fertigungstechnologien repräsentieren weitere erfolgversprechende Herangehensweisen.

Die zweite Stufe zielt mit Total Energy Management auf Nachhaltigkeit ab. Ziel ist dabei, die Energie, die zum Beispiel als Wärme während der Produktion an die Umgebung abgegeben wird, zu erkennen und für andere Anwendungen nutzbar zu machen. Um derartige Energiekreisläufe zu realisieren, liegen die Herausforderungen insbesondere in der Identifizierung dieser „Verlust“-Quellen, der Energiespeicherung sowie in deren -umwandlung. Dabei sollen sowohl die energetischen Interaktionen innerhalb der Produktionssysteme oder -prozesse als auch die zwischen der Produktion und der Umgebung betrachtet werden.

Fabrik entwickelt sich zum Energieerzeuger und -speicher

Ziel der dritten Phase ist die Substitution der „Energieverluste“, die an die Umgebung verloren gehen, durch alternative Energiequellen. Neben Möglichkeiten einer dezentralen Energieversorgung durch Blockheizkraftwerke gewinnen auch regenerative Energieformen wie Sonnen- oder Windenergie oder auch die Nutzung von Erdwärme und Biomasse zunehmend an Bedeutung. Die Fabrik wird dadurch nicht nur Verbraucher von Energie, sondern entwickelt sich auch zum Erzeuger und Speicher.

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