ETA-Transfer | Fokussiert die Verbindung von wirtschaftlichem Wachstum mit der Energiewende und dem Reduzieren von CO2-Emissionen

Laufzeit: Abgeschlossen | 2017 – 2021
Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) Verbundprojekt

Bei Fragen zu diesem abgeschlossenen Projekt wenden Sie sich bitte an unsere Institutsleitung:

Im Rahmen des Projekts ETA-Transfer wurden Tutorials erstellt, die die häufigsten Arten der Energieverschwendung erklären und Verbesserungspotenziale aufzeigen.

Einführung | Tutorial

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Maßnahmentitel Reduktion des Abluft-Volumenstroms bei Verwendung von Elektrofiltern
Anlage Absaugung
Betrachtungsbereich Gebäude
Eingesetzte neue Technologie -
Art der Maßnahmen
investiv / nicht investiv
Nicht-investiv
Beschreibung Volumenstrom reduziert von 15.000 m3/h auf 10.000 m3/h. Könnte bei Problemen mit der Filterung nach der Reduktion durch Einbau einer Blende in den Filter und somit durch eine Steigerung der Strömungsgeschwindigkeit ergänzt werden.
Umsetzbarkeit
einfach / mittel / herausfordernd
einfach
Einsparung
an Beispielanlage:
Relativ: -
Absolut: – keine Messdaten vorhanden, müsste Knoll erst aufnehmen.
RoIl in Jahren 0, da organisatorische Maßnahme
Umsetzung der Maßnahme Knoll
Fördermöglichkeiten Bis zu 30 % (KMU 40 %) der Gesamtkosten (De-minimis)
Bis zu 30 % (KMU 40 %) der investiven Mehrkosten (AGVO)
Maximal 500 € (KMU 700 €) pro eingesparter Tonne CO2
Maßnahmentitel Abgleich der Zu- und Abluftvolumenströme
Anlage Lüftungsanlage (Baujahr 2000) mit Heizfunktion durch Fernwärme und Wärmerückgewinnung
Betrachtungsbereich Produktionshalle mit Zerspanungsmaschinen
Eingesetzte neue Technologie keine
Art der Maßnahmen
investiv / nicht investiv
Hauptsächlich organisatorisch (verbesserte Parametrierung der Steuerungstechnik) mit kleineren technischen Anpassungen (Bypassklappen, Module in der Steuerung) nicht investiv
Beschreibung Lüftungssystem für den Hallenbedarf richtig einstellen/parametrieren, dazu folgendes Vorgehen:
1. Bypassklappe richtig anbringen und einstellen
2. Rohre der Absaugung schließen, die außer Betrieb sind
3. Baugruppen in der Steuerung tauschen
4. Drehzahlreduzierung des Zuluft-Motors von 22.000 m³/Std auf 15.000 m³/Std durch die Anpassung des Pa Drucksollwertes
Umsetzbarkeit
einfach / mittel / herausfordernd
einfach
Einsparung
an Beispielanlage:
Relativ: % – keine Daten vorhanden
Absolut: Nach Simulation perpendo
- Reduzierung Strombedarf Ventilatoren: 68 MWh/a
- Reduzierung Heizwärmebedarf: 137 MWh/a
- Einsparung CO2: 68*0,537 + 137*0,280 = 74,9 t CO2/a
- Einsparung Euro: ca. 16.900 €/a
Amortisationszeit in Jahren < 1 Jahr
Umsetzung der Maßnahme VACUUMSCHMELZE GmbH & Co. KG
Fördermöglichkeiten Keine, da die Amortisationszeit bereits ohne Förderung unter der Grenze für eine Förderfähigkeit liegt
Maßnahmentitel Abwärmenutzung
Anlage Wärmequellen: Wärmebehandlungsöfen
Wärmesenken: Reinigungsanlagen, Warmwasser- & Raumwärmeversorgung
Betrachtungsbereich Härterei
Eingesetzte neue Technologie Abgas-Wärmeübertrager (Acritudo Systems GmbH)
Art der Maßnahmen
investiv / nicht investiv
Investive Maßnahme
Beschreibung Zur Wärmebehandlung und Oberflächenveredelung von Werkstücken kommen Wärmebehandlungsöfen (z.B. Nitrieröfen) zum Einsatz. Diese können sowohl elektrisch als auch gasbeheizt ausgeführt sein. In beiden Fällen müssen die Öfen gekühlt werden. Dabei fällt Abwärme an, welche abgeführt oder rückgekühlt werden muss. Bei Verwendung eines Prozessgases muss zudem austretendes brennbares Prozessgas aus Sicherheitsgründen gefahrlos abgeführt oder unschädlich gemacht werden (z. B. durch Abfackelung oder katalytische Nachverbrennung). Auch die hierbei anfallende Hochtemperatur-Abwärme wird leider oftmals ungenutzt durch Abgasleitungen nach außen abgeführt.

Zusätzlich gibt es in Industriebetrieben oftmals eine Vielzahl an Wärmeverbrauchern. Ein Beispiel hierfür sind Reinigungsanlagen. Einen wesentlichen Anteil am Energieverbrauch von Reinigungsanlagen trägt die Wärmeversorgung, welche oftmals elektrisch bereitgestellt wird.

Wärmeübertrager ermöglichen die Übertragung von Wärme von einem
warmen Medium (z.B. Abgas) auf ein kälteres Medium (z.B. Wasser). Im Rahmen der Umsetzungsphase des Projekts ETA-Transfer wurde in der Härterei des Umsetzungspartners Bosch Rexroth AG die Abwärme von drei Wärmebehandlungsöfen aufgefangen und gebündelt . Im verbauten Abgas-Wärmeübertrager wird nun das heiße Abgas an einem Rippenrohrbündel vorbeigeführt und erhitzt dabei das durch dieses Rohrbündel geleitete Wasser. Ein Bypass schützt den Abgas-Wärmeübertrager vor Überhitzung sofern zeitweise kein Wärmebedarf vorhanden ist.

Die Wärmeübergabe auf das Reinigungsmedium erfolgt durch Rohrbündel-Wärmeübertrager. Die zuvor verbauten elektrischen Heizkörper der Reinigungsanlagen wurden nicht zurückgebaut. Die redundante Ausführung ist deshalb besonders ausfallsicher, da im Störungsfall und auch während des Umbaus auf die elektrischen Heizkörper zurückgegriffen werden kann. Durch die vielversprechenden Einsparpotenziale ist am Standort eine Erweiterung des thermohydraulischen Systems in Planung. In einem zweiten Schritt soll die Abwärme weiterer Wärmebehandlungsöfen aufgefangen werden und zur Bereitstellung von Raumwärme über die lufttechnische Anlage genutzt werden.
Umsetzbarkeit
einfach / mittel / herausfordernd
mittel
Einsparung an Beispielanlagen:
Aichelin Flexiclean & Mehrkammeröfen der Firma IVA
Relativ: 95 % (elektrische Beheizung der Reinigungsbäder kann nahezu vollständig substituiert werden)
Absolut: 420.000 kWh/a
RoIl in Jahren 2 Jahre (ohne Förderung 2,8 Jahre)
Umsetzung der Maßnahme Bosch Rexroth
Fördermöglichkeiten Bis zu 30 % (KMU 40 %) der Gesamtkosten (De-minimis)
Bis zu 30 % (KMU 40 %) der investiven Mehrkosten (AGVO)
Maximal 500 € (KMU 700 €) pro eingesparter Tonne CO2
Maßnahmentitel Automatisierte Regelung der Umluftheizer
Anlage Lüftungsanlage (Baujahr 2000) mit Heizfunktion durch Fernwärme und Wärmerückgewinnung
Betrachtungsbereich Produktionshalle mit Zerspanungsmaschinen
Eingesetzte neue Technologie keine
Art der Maßnahmen
investiv / nicht investiv
Hauptsächlich organisatorisch (verbesserte Parametrierung der Steuerungstechnik) nicht investiv
Beschreibung Heizregister in Lüftungssystem und Umluftheizer für den Hallenbedarf richtig einstellen/parametrieren, dazu folgendes Vorgehen:
1. Verzicht auf Raumtemperatur-Sollwertanhebung bei steigenden Außentemperaturen
2. Änderung der Regelsequenz für den Heizfall wie folgt:
a. Einbindung der Umluftheizer in die Regelsequenz, Regelung nach der Hallentemperatur.
b. Nutzung der WRG
c. Nutzung des Nachheizregisters
d. Standby-Betrieb des Vorheizregisters (Frostschutz beachten)
Umsetzbarkeit
einfach / mittel / herausfordernd
einfach
Einsparung
an Beispielanlage:
Relativ: % – keine Daten vorhanden
Absolut: Nach Simulation perpendo
- Reduzierung Heizwärmebedarf: 121 MWh/a
- Einsparung CO2: 121*0,280 = 33,9 t CO2/a
- Einsparung Euro: ca. 6.700 €/a
Amortisationszeit in Jahren < 1 Jahr
Umsetzung der Maßnahme VACUUMSCHMELZE GmbH & Co. KG
Fördermöglichkeiten Keine, da die Amortisationszeit bereits ohne Förderung unter der Grenze für eine Förderfähigkeit liegt
Maßnahmentitel Begrenzung der Rücklauftemperatur zur Einbindung von BHKW-Motorwärme
Anlage Zentrales Wärmenetz und Versorgungsstrang industrielle Großreinigungsanlagen
Betrachtungsbereich Zentrales Wärmenetz und Versorgungsstrang industrielle Großreinigungsanlagen
Eingesetzte neue Technologie Stellventile und RTL (Return temperature limiter)-Ventile
Art der Maßnahmen
investiv / nicht investiv
Investition in Ventile sowie Anpassung der Steuerungstechnik –Investiv
Beschreibung Das betrachtete Wärmeversorgungssystem, das durch BHKW und Gasbrennwertgeräte versorgt wird, weist hohe Rücklauftemperaturen auf. Durch eine Absenkung der Rücklauftemperatur im gesamten Netz kann der thermische Wirkungsgrad der BHKW erhöht werden und insbesondere ein Versorgungsstrang bestehend aus mehreren industriellen Großreinigungsanlagen weist eine verhältnismäßig hohe Rücklauftemperatur auf. Eine Absenkung der Temperatur ist Prozessseitig möglich und durch die Einregelung des Versorgungsstrangs führt zu einer Verbesserung im gesamten Netz.
Vorgehen:

1. Absenkung/Einregelung der Prozesstemperaturen in ausgewählten Reinigungsanlagen
2. Einbau von Stellventilen und RTL-Ventilen
3. Begrenzung der Rücklauftemperatur im Versorgungsstrang
Umsetzbarkeit
einfach / mittel / herausfordernd
einfach
Einsparung
an Beispielanlage
Relativ: % – keine Daten vorhanden
Absolut: Nach Kalkulation
- Reduzierung Heizbedarf der Gasbrennwertgeräte durch Einbindung von BHKW-Motorwärme: 268 MWh/a
- Reduzierung Strombedarf der Motorkühlung: 10,7 MWh/a
- Einsparung CO2: 268*0,202+10,7*0,537 = 59,9 t CO2/a
- Einsparung Euro: ca. 27.172 €/a
Amortisationszeit in Jahren ~ 2,5 Jahre ohne Förderung / 1,7 Jahre mit Förderung
Umsetzung der Maßnahme MTU Friedrichshafen GmbH
Fördermöglichkeiten Bundesförderung für Energieeffizienz in der Wirtschaft – Zuschuss
• 30 % Zuschussförderung für Energieeffizienz
Maßnahmentitel Drehzahlgeregelte Pumpen
Anlage Werkzeugmaschine
Betrachtungsbereich Pumpen
Eingesetzte neue Technologie Drehzahlgeregelte Pumpen
Art der Maßnahmen
investiv / nicht investiv
Investive Maßnahme
Beschreibung Pumpen zur Förderung von Fluiden werden in vielen Anwendungen in der metallverarbeitenden Industrie häufig über einen Motor mit konstanter Drehzahl betrieben. Je nach Anwendung werden Soll-Werte für Druck oder Volumenstrom hierbei oftmals durch so genanntes „Androsseln“ (z.B. über ein Druckregelventil) oder einen Bypass eingestellt. Die elektrische Leistungsaufnahme der Pumpeneinheit bleibt hierbei jedoch auch im Teillastfall nahezu konstant und unabhängig von der tatsächlich benötigten, geringeren, Fluidleistung. Eine bessere Anpassung an den tatsächlichen Bedarf lässt sich durch drehzahlgeregelte Aggregate erreichen. Durch die bedarfsgerechte Bereitstellung von Fluidleistung lassen sich teilweise erhebliche Einsparpotenziale heben. Hierfür bietet sich der Einsatz drehzahlgeregelter Pumpenmotoren an, welche eine Druck- oder Volumenstromregelung ermöglichen. Um z.B. einen druckgeregelten Betrieb der Pumpe zu ermöglichen, muss diese um einen Frequenzumrichter zur drehzahlvariablen Ansteuerung des Motors sowie einen analogen Drucksensor zur Erfassung des aktuellen Drucks erweitert werden. Weiterhin muss eine steuerungsseitige Möglichkeit geschaffen werden, einen Sollwert vorzugeben.

Einen beispielhaften Anwendungsfall stellt die Versorgung mit Kühlschmierstoff (KSS) einer spanenden Werkzeugmaschine dar. Bei der KSS-Versorgung kann zwischen Niederdruck- (ND) und Hochdrucksystem (HD) unterschieden werden. Das ND-System versorgt die Bettspülung bzw. die Spänerinne, die Spülung der Werkstückaufnahme sowie die Arbeitsraumdusche. Weiterhin dient die ND-Anlage als Vorlauf für das HD-KSS-System. Das HD-System speist Werkzeuge mit innerer Kühlmittelzufuhr, die Kühlung der Hauptspindel und wird zur Schmierung und zum Spanabtransport eingesetzt. Im Ausgangszustand einer untersuchten Werkzeugmaschine förderte die Schraubenspindelpumpe im HD-System den Volumenstrom konstant gegen ein Druckregelventil. Im ND-System kamen zwei Konstantpumpen mit 150 l/min und 70 l/min Förderleistung zum Einsatz. In Zeiten mit vermindertem Bedarf wurde das im HD- und im ND-System geförderte Volumen über einen drucklosen Umlauf zurück in den KSS-Tank gefördert. Zur Effizienzsteigerung wurden die Pumpen in beiden Systemen durch je eine drehzahlgeregelte Pumpe ersetzt. Für den Fall des HD-Systems ergab sich auf diese Weise eine Einsparung von 56 % bzw. 8.600 kWh im betrachteten Fall – mit einem angenommenen Bedarf an HD-KSS in 33 % der Bearbeitungszeit. Im Fall des ND-Systems konnte eine Gesamtreduktion des Energiebedarfs um 72 % bzw. 12.000 kWh erzielt werden.

Über die direkten Einsparungen hinaus kommen Sekundäreffekte hinzu, die bei der vorgestellten Rechnung nicht berücksichtigt sind und die zu einer Verkürzung der Amortisationszeit führen. Durch die bedarfsgerechte Bereitstellung des Volumenstroms sinkt das Rückfördervolumen – d.h. die Hebepumpe, welche den KSS aus dem Späneförderer zurück in den Tank fördert, weist geringere Einschaltzeiten und damit einen geringeren Energiebedarf auf. Durch den Wegfall des Druckregelventils sinkt zudem der Wärmeeintrag in das Fluid, wodurch eine eventuell notwendige Kühlung des Schmierstoffs und zusätzlicher Wärmeeintrag in die Hallenumgebung geringer ausfällt.
Umsetzbarkeit
einfach / mittel / herausfordernd
mittel
Einsparung im Anwendungsfall der Kühlschmierstoffversorgung Relativ: > 50%
Absolut: 8.600 kWh/a + 12.000 kWh/a = 20.600 kWh/a bzw. 2060 €/a
Einsparung CO2: 8,9 t **

* 10 ct/kWh
** 430 gCO2/kWh
Amortisationszeit ca. 4 Jahre (ohne Förderung)
Umsetzung der Maßnahme Werkzeugmaschine in der ETA-Fabrik
Fördermöglichkeiten Bis zu 30 % (KMU 40 %) der Gesamtkosten (De-minimis)
Bis zu 30 % (KMU 40 %) der investiven Mehrkosten (AGVO)
Maximal 500 € (KMU 700 €) pro eingesparter Tonne CO2
Maßnahmentitel Stromeffiziente Druckluftversorgung – Absenkung Druckniveau
Anlage Druckluft
Betrachtungsbereich Zentrale Versorgungstechnik
Eingesetzte neue Technologie -
Art der Maßnahmen
investiv / nicht investiv
Nicht-investive Maßnahme
Beschreibung Der Energieeinsatz eines Druckluftkompressors wird im Wesentlichen durch die Höhe des Druckniveaus bestimmt. In Abhängigkeit des herrschenden Gegendruckes steigt der Arbeitsaufwand entsprechend an.
Zusätzlich zu dem Einfluss auf den Kompressor, wirkt sich das Druckniveau ebenfalls auf die absolute Leckagemenge aus, welche ungefähr proportional zum absoluten Druckniveau ist.
Bedingt durch die beschriebenen Einflüsse reduziert sich der Energiebedarf pro verringerten 1 bar Druckniveaus um etwa 7%.
Umsetzbarkeit
einfach / mittel / herausfordernd
einfach
Einsparung Relativ: 7 %
Absolut
RoIl in Jahren 0
Umsetzung der Maßnahme -
Fördermöglichkeiten -
Maßnahmentitel Energieeffizienzmodus
Anlage Werkzeugmaschine
Betrachtungsbereich Produktionsanlage
Eingesetzte neue Technologie Energieeffizienzmodus / Standby-Manager
Art der Maßnahmen
investiv / nicht investiv
Nicht-investive Maßnahme
Beschreibung Beschreibung In vielen Produktionsumgebungen werden Maschinen oft in voller Betriebsbereitschaft belassen, obwohl dies nicht erforderlich ist. Dies kann sowohl in ungeplanten Zeiten (freie Schichten, Wochenende) als auch in geplanten Zeiten bei Teilemangel oder im Fall von Störungen der Fall sein. Die in diesen Nebenzeiten bezogene Leistung der Anlage wird in der Regel durch die Nebenaggregate, sowie die in Regelung belassenen Antriebe dominiert und liegt bei den vom PTW untersuchten Bearbeitungszentren häufig im mittleren bis hohen einstelligen Kilowattbereich – vgl. Abschlussbericht Maxiem (wird in neuem Tab geöffnet) .

Die Implementierung eines Energieeffizienzmodus in die Anlagensteuerung trägt zur Senkung der Leistungsaufnahme in Nebenzeiten bei. Beim Auftreten bestimmter Ereignisse schaltet sich die Anlage automatisch durch Abschalten von Nebenaggregaten, Antrieben und Kühlschmierstoffversorgung in einen energiesparenden Zustand.

Auslösende Ereignisse zum Übergang in den Energieeffizienzmodus sind beispielsweise
  • länger anhaltende Inaktivität
  • von der Fertigungssteuerung gemeldetes Schichtende
  • von der Beladeeinrichtung gemeldeter Teilemangel
  • und ähnliche Ereigniss
Am Beispiel der betrachteten Anlage sind sehr kurze Übergangszeiten von 5 Sekunden in und 20 Sekunden möglich, Sodass eine schnelle Betriebsbereitschaft auch aus dem Energieeffizienzmodus gewährleistet ist. Bei neuen Anlagen ist ein vergleichbarer Betriebsmodus häufig bereits steuerungsseitig vorhanden.
Umsetzbarkeit
einfach / mittel / herausfordernd
mittel
Einsparungsprognose an Beispielanlage:
MAG Ex-Cell-O XS211
3-Schicht-Serienfertigung:
Relativ: 23 %
Absolut: 25 MWh/a bzw. 2518 €/a *
Einsparung CO2: 10,8 t/a **

1-Schicht-Serienfertigung, wenn die Maschine durchgehend betriebsbereit belassen wird:
Relativ: 60 %
Absolut: 50 MWh/a bzw. >5000 €/a *
Einsparung CO2: 21,5 t/a **

* 10 ct/kWh
** 430 gCO2/kWh
RoIl in Jahren -
Umsetzung der Maßnahme MAG Ex-Cell-O XS211 Werkzeugmaschine in der ETA-Fabrik
Fördermöglichkeiten -
Maßnahmentitel Energieeffiziente dezentrale Maschinenkühlung durch den Einsatz innovativer Aggregate
Anlage Werkzeugmaschine
Betrachtungsbereich Produktion
Eingesetzte neue Technologie Drehzahlgeregelter Kaltwassersatz vom Typ Rittal GmbH & Co. KG: Blue e+ Chiller ( SK 3334.300)
Art der Maßnahmen
investiv / nicht investiv
Investive Maßnahme
Beschreibung Einen wesentlichen Anteil am Energieverbrauch einer Werkzeugmaschine trägt die Maschinenkühlung. Ein Austausch der dezentralen Kaltwassersätze an Werkzeugmaschinen kann in jeder Art der zerspanenden Industrie einfach analysiert und wirtschaftlich umgesetzt werden. Im Vergleich zu den häufig vorzufindenden Geräten mit Heißgas-Bypass haben Drehzahlgeregelte Kaltwassersätze eine deutlich höhere Energieeffizienz.
Umsetzbarkeit
einfach / mittel / herausfordernd
einfach
Einsparung
an Beispielanlage: Gildemeister
GMX 250 (BJ 2007)
Relativ: 50 %
Absolut: 6.666 kWh/a
Amortisationszeit 2,5 Jahre* (ohne Förderung)

*50 Produktionswochen pro Jahr, Dreischichtbetrieb an 5-6 Wochentagen
RoI in Jahren 1,8 Jahre (ohne Förderung 2,6 Jahre)
Umsetzung der Maßnahme: Bosch Rexroth
Fördermöglichkeiten Bis zu 30 % (KMU 40 %) der Gesamtkosten (De-minimis)
Bis zu 30 % (KMU 40 %) der investiven Mehrkosten (AGVO)
Maximal 500 € (KMU 700 €) pro eingesparter Tonne CO2
Maßnahmentitel Maschinenaggregate: Energieeffiziente dezentrale Schaltschrankkühlung durch den Einsatz innovativer Aggregate
Anlage Werkzeugmaschine
Betrachtungsbereich Schaltschrank
Eingesetzte neue Technologie Drehzahlgeregelter Schaltschrankkühler vom Typ Rittal Blue e+ Schaltschrankkühler (Typ SK 3186930)
Art der Maßnahmen
investiv / nicht investiv
Investive Maßnahme
Beschreibung Die Auswahl geeigneter Kälteversorgungstechnologien – beispielsweise zur Kühlung von Schaltschränken – geht häufig mit einer Möglichkeit zur Steigerung der Energieeffizienz einher. Eine Kennzahl zur Beurteilung von Kühlaggregaten kann der EER (Energy Efficiency Ratio) herangezogen werden, der das Verhältnis aus Kühlleistung und elektrischer Leistungsaufnahme angibt. Die EERs von am Markt erhältlichen Kühlaggregaten unterscheiden sich zum Teil erheblich. Insbesondere gegenüber Aggregaten mit herkömmlicher Heißgas-Bypass-Regelung bestehen deutlich effizientere Alternativen mit drehzahlvariablem Verdichter. Im demonstrierten Anwendungsfall wurde mit einem drehzahlgeregelten Aggregat eine Einsparung von 85% gegenüber dem vorherigen Aggregat mit Heißgas-Bypass-Regelung erzielt.
Umsetzbarkeit
einfach / mittel / herausfordernd
einfach
Einsparung an Beispielanlage: DMG
GMX 250 Drehmaschine Bj. 2007
Relativ: 85 %
Absolute Einsparung in der elektrischen Leistungsaufnahme nach der Umrüstung
Betriebszustand Bearbeitung: -0,58 kW
Betriebszustand Betriebsbereit: -0,58 kW
Amortisationszeit 2,5 Jahre* (ohne Förderung)

*50 Produktionswochen pro Jahr, Dreischichtbetrieb an 5-6 Wochentagen
Umsetzung der Maßnahme Bosch Rexroth
Fördermöglichkeiten Bis zu 30 % (KMU 40 %) der Gesamtkosten (De-minimis)
Bis zu 30 % (KMU 40 %) der investiven Mehrkosten (AGVO)
Maximal 500 € (KMU 700 €) pro eingesparter Tonne CO2
Maßnahmentitel Energieeffiziente Kühlschmierstoffversorgung
Anlage Werkzeugmaschine
Betrachtungsbereich Kühlschmierstoffversorgung
Eingesetzte neue Technologie Drehzahlgeregelte Pumpen
Art der Maßnahmen
investiv / nicht investiv
Investive Maßnahme
Beschreibung Auf die Bereitstellung von Kühlschmierstoff-Volumenströmen unterschiedlicher Druckniveaus ist ein relevanter Teil des Energiebedarfs von Werkzeugmaschinen zurückzuführen. Durch den Einsatz drehzahlgeregelter Pumpen kann der Energiebedarf reduziert werden.
Weitere Potentiale für Fluidsysteme mit geringen, diskontinuierlichen Volumenströmen bietet die Optimierung des Hydrauliksystems bzw. die Anpassung der Speicherladeschaltung.
Umsetzbarkeit
einfach / mittel / herausfordernd
mittel
Einsparung im Anwendungsfall der Kühlschmierstoffversorgung Relativ: > 50%
Amortisationszeit ca. 4 Jahre (ohne Förderung)
Umsetzung der Maßnahme Werkzeugmaschine in der ETA-Fabrik
Maßnahmentitel Optimiertes Hydrauliksystem mit Speicherladeschaltung
Anlage Werkzeugmaschine
Betrachtungsbereich Produktion
Eingesetzte neue Technologie Speicherladeschaltung ohne drucklosen Umlauf
Art der Maßnahmen
investiv / nicht investiv
Investive Maßnahme
Beschreibung Ein verbreitetes System zur Bereitstellung eines konstanten Drucks für Hydraulikanwendungen ist ein Aufbau aus einer (drehzahl)ungeregelten
Hydraulikpumpe und einem Hydraulikspeicher. Die Hydraulikpumpe versorgt hierbei den Druckspeicher mit Hydrauliköl, sobald ein unterer Schaltpunkt unterschritten wird. Der Hydraulikspeicher wird anschließend bis zum Erreichen eines oberen Schaltpunktes geladen. Zwischen zwei Nachladezyklen befindet sich die Hydraulikpumpe im drucklosen Umlauf.
Das Nachspeisen von Hydrauliköl in den Speicher wird durch die Betätigung eines angeschlossenen hydraulischen Aktuators, sowie weiterhin durch Systemleckagen nötig.
Durch eine Anpassung des hydraulischen Speichers an den Anwendungsfall, sowie das Nachrüsten leckagefreier Ventile kann der Energiebedarf des Hydrauliksystems erheblich reduziert werden.

In der ETA-Fabrik wurde ein Hydrauliksystem mit dem oben beschriebenen Aufbau untersucht und optimiert. Das System speist die Aktuatorik für den Werkzeugwechsel und das Spannen von Werkstücken in einem Fräsbearbeitungszentrum. In einem ersten Schritt wurde die Systemleckage reduziert, indem die vorhandenen Wegeventile durch leckagefreie Sitzventile ersetzt wurden. In einem zweiten Schritt wurde die Speicherladeschaltung optimiert. Konkret wurde der Speicher von 3,5 l auf 10 l Volumen erweitert, der Fülldruck von 70 bar auf 90 bar und die Hysterese von 6 bar auf 10 bar angehoben. Hierdurch erhöht sich das theoretisch nutzbare Speichervolumen von 0,094 l auf 0,052 l, wodurch zusätzlich der Pumpenantrieb kleiner dimensioniert werden konnte.
Durch die Maßnahmen konnte die Zeit zwischen den Nachladevorgängen von anfangs 27,5 s zuerst auf 450 s und anschließend auf 1872 s gesteigert und due durchschnittliche Leistungsaufnahme im Standby von 826 W auf 5 W reduziert werden.

Weiterhin reduziert sich durch den Wegfall des drucklosen Umlaufs der Wärmeeintrag in das Hydrauliköl, was sich positiv auf die notwendige Kühlleistung auswirkt.

Für Hydraulikanwendungen mit, bei denen über einen längeren Zeitraum ein nennenswerter Teilvolumenstrom benötigt wird, der nicht durch einen Speicher abgedeckt werden kann, stellt der Einsatz drehzahlgeregelter Pumpen eine vorteilhafte Alternative dar.
Umsetzbarkeit
einfach / mittel / herausfordernd
mittel
Einsparung
an Beispielanlage: MAG Ex-Cell-O XS211
Relativ: 91 %
3-Schicht-Nutzungsszenario inkl. 3000 h/a Einschaltbereitschaft
Absolut: 7.008 kWh/a bzw. ca. 700 €/a*
Einsparung CO2: 3,0 t/a **

* 10 ct/kWh
** 430 gCO2/kWh
Rol in Jahren 1,65 Jahre (ohne Förderung)
Umsetzung der Maßnahme Werkzeugwechsler MAG Ex-Cell-O XS211 Werkzeugmaschine in der ETA-Fabrik
Fördermöglichkeiten Bis zu 30 % (KMU 40 %) der Gesamtkosten (De-minimis)
Bis zu 30 % (KMU 40 %) der investiven Mehrkosten (AGVO)
Maximal 500 € (KMU 700 €) pro eingesparter Tonne CO2
Maßnahmentitel Kraft-Wärme-Kopplung durch Blockheizkraftwerke oder Mikrogasturbinen
Anlage Wärmeversorgung, Stromversorgung (verschiedene Anlagen)
Betrachtungsbereich Gebäude & Anlagen
Eingesetzte neue Technologie Bspw.: Blockheizkraftwerk oder Mikrogasturbine
Art der Maßnahmen
investiv / nicht investiv
Investive Maßnahme
Beschreibung Je nach Temperaturniveau und Anforderungen einer Anlage kann es sinnvoll sein, die direkte Wärmeerzeugung durch Kraft-Wärme-Kopplung (KWK)-Anlagen zu ersetzen. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die betreffende Anlage beispielsweise mit Standard-Gasbrennern ohne Rekuperation betrieben wird und die erforderlichen Temperaturen nicht zu hoch sind.
Infrage kommen dann, je nach Anforderungen, Blockheizkraftwerke oder Mikrogasturbinen. Blockheizkraftwerke bieten teilweise die Möglichkeit zwei unterschiedliche Temperaturniveaus bei ca. 40 50 °C und ca. 90 120 °C bereitzustellen. Mikrogasturbinen sind dagegen besonders geeignet, wenn der Wärmebedarf den Strombedarf deutlich übersteigt. Zudem sind deutlich höhere Temperaturen erreichbar.
Umsetzbarkeit
einfach / mittel / herausfordernd
herausfordernd
Einsparung
an Beispielanlage: Einbrennofen Lackieranlage (Grundlast)
Relativ: 40 %
Absolut: 430 t CO2/a
(CO2 Faktor Strommix: 0,537 kg/kWh; Gas: 0,202 kg/kWh)
Bewertung nach kWh ist in diesem Fall nicht sinnvoll anwendbar.
Rol in Jahren 2,9 Jahre (ohne Förderung 3,4 Jahre)
Umsetzung der Maßnahme -
Fördermöglichkeiten KWK-Zuschlag: Abhängig von verschiedenen Faktoren, beispielsweise Stromintensität des Unternehmens und Selbstnutzung oder Einspeisung, zwischen 1,5 und 8 cent/kWh für bis zu 30.000 Betriebsstunden.
Maßnahmentitel Optimierte Regelung von zentralen Kältesystemen mit Freikühlung und Wärmerückgewinnung
Anlage Zentrale Kälteerzeugungsanlagen
Betrachtungsbereich Gebäude
Eingesetzte neue Technologie Optimierte Regelung
Art der Maßnahmen
investiv / nicht investiv
Fallabhängig investiv oder nicht investiv
Beschreibung Bei komplexen Kältesystemen ergeben sich schwierige Regelungsfragen, die einen großen Einfluss auf Energieverbrauch und CO2-Ausstoß haben. Insbesondere muss entschieden werden, wie verschiedene Anlagen zur Kälteerzeugung, in Abhängigkeit von der Außentemperatur priorisiert werden sollen.
Typischerweise würde beispielsweise eine Freikühlung vorgesehen, die unterhalb einer Grenztemperatur zugeschaltet wird. Sind jedoch gleichzeitig Anlagen zur Wärmerückgewinnung vorgesehen, kann trotz vorhandener Freikühlung auch bei niedrigen Außentemperaturen sinnvoll sein, Kompressionskältemaschinen oder Wärmepumpen zu betreiben.
Sinnvolle Umschalttemperaturen zwischen den verschiedenen Betriebsweisen müssen fallabhängig bestimmt werden. Grundsätzlich kann gesagt werden, dass die Freikühlung in einem mittleren Temperaturbereich sinnvoll sein kann, während bei sehr niedrigen Außentemperaturen oftmals eine Wärmerückgewinnung zu bevorzugen wäre. Ein positiver Nebeneffekt ist die Möglichkeit, Anlagen zur Wärmeerzeugung kleiner zu dimensionieren.
Umsetzbarkeit
einfach / mittel / herausfordernd
mittel
Einsparung
an Beispielanlage: Nutzung Wärmerückgewinnung statt Gasthermen unter 8 °C
Relativ: ca. 50 %
Absolut: Mehrverbrauch 100 MWh/a Strom; Minderverbrauch 520 MWh/a Gas
: 51 tCO2/a (CO2 Faktor Strommix: 0,537 kg/kWh; Gas: 0,202 kg/kWh)

Rol in Jahren 0, da in diesem Fall keine Zusatzkosten
Umsetzung der Maßnahme Trumpf
Fördermöglichkeiten Bis zu 30 % (KMU 40 %) der Gesamtkosten (De-minimis)
Bis zu 30 % (KMU 40 %) der investiven Mehrkosten (AGVO)
Maßnahmentitel Volumenstromregelung der Raumlufttechnik
Anlage Lüftungsanlage (Baujahr 1992) mit Wärmerückgewinnung
Betrachtungsbereich Produktionshalle mit Zerspanungsmaschinen
Eingesetzte neue Technologie keine
Art der Maßnahmen
investiv / nicht investiv
Hauptsächlich organisatorisch (Festlegung einer Regelstrategie), ggf. jedoch Austausch von Komponenten wie Abluftfiltern nötig – nicht investiv
Beschreibung Ziel der Maßnahme ist es, den Volumenstrom einer lüftungstechnischen Anlage im Produktionsumfeld auf das minimal notwendige Niveau zu regeln. Die Höhe des Volumenstroms ist nicht nur maßgeblich für den Energiebedarf von Ventilatorantrieben, sondern auch wesentlich für den Energiebedarf von Heiz- und Kühlregistern zur thermischen Konditionierung der Luft.
Der notwendige Volumenstrom bemisst sich an Forderungen zur Abfuhr von Schadstoffen, dem Behaglichkeitsempfinden anwesender Personen, der gewünschten Einbringung von Heiz- und Kühlleistung sowie dem Bilanzausgleich mit der Prozessabluft – Maßnahme Raumlufttechnik: Abgleich der Zu- und Abluftvolumenströme

Eine Verbesserung der Energieeffizienz kann durch eine Anpassung der Regelkaskade von raumlufttechnischen Anlagen erreicht werden. Im Allgemeinen sollte die Zuluft-Temperatur bei möglichst geringem Volumenstrom priorisiert geregelt werden. Eine Anpassung des Volumenstroms sollte nachgelagert erfolgen, falls die Zielgrößen nicht erreicht werden.
Gleichzeitig sollte eine Anpassung der Soll-Raumtemperatur oder eine vollständige Abschaltung von Raumluftechnischen Anlagen außerhalb der Betriebszeiten in Betracht gezogen werden.
Umsetzbarkeit
einfach / mittel / herausfordernd
einfach
Einsparung
an Beispielanlage
Relativ: % – keine Daten vorhanden
Anpassung der Raumtemperatur-Sollwerte außerhalb der Betriebszeiten:
- Reduzierung Strombedarf Ventilatoren 23,3 MWh/a
- Reduzierung Heizwärmebedarf 74,9 MWh/a
- Einsparung Kosten 7.380 €/a
Amortisationszeit in Jahren < 1 Jahr
Umsetzung der Maßnahme MTU (Potentialanalyse Perpendo)
Fördermöglichkeiten Keine, da die Amortisationszeit bereits ohne Förderung unter der Grenze für eine Förderfähigkeit liegt
Maßnahmentitel Wärmedämmung
Anlage Wärmebehandlungsofen, Reinigungsanlage
Betrachtungsbereich Anlagen
Eingesetzte neue Technologie Armaflex® oder Steinwolle
Art der Maßnahmen
investiv / nicht investiv
Investive Maßnahme
Beschreibung Einen wesentlichen Anteil am Energieverbrauch von Reinigungsanlagen trägt die Wärmeversorgung. Ziel sollte es deshalb sein, die zum Betrieb benötigte Zufuhr von Wärme so gering wie möglich zu halten. Dafür müssen insbesondere die Wärmeverluste über Oberflächen und Rohre reduziert werden. Messungen im Projekt „ETA-Fabrik“ zeigen, dass die Dämmung von Reinigungsanlagen den Wärmebedarf für die Badbeheizung während eines Reinigungsprozesses um bis zu 29 % reduzieren kann. Die Potenziale hängen hierbei stark von den Rahmenbedingungen ab (z.B. Temperatur des Reinigungsmediums und Umgebungstemperatur). Insbesondere bei hohen Reinigungsbadtemperaturen ist eine optimierte Dämmung besonders sinnvoll.

Zur Wärmebehandlung und Oberflächenveredelung von Werkstücken kommen oft Wärmebehandlungsöfen zum Einsatz. Diese können sowohl elektrisch als auch gasbeheizt ausgeführt sein. Zur Werkstückbehandlung werden im Ofeninnern teilweise sehr hohe Temperaturen erreicht (> 300°C). Entsprechend große Temperaturgradienten zur Umgebung, die teilweise über sehr lange Zeiträume aufrechterhalten werden müssen (teilweise mehrere Tage) machen eine optimierte Dämmung besonders wichtig. Durch die nachträgliche Anbringung einer ca. 25 mm dicken Dämmschicht aus Armaflex® konnte im Projekt „ETA-Fabrik“ an einem Wärmebehandlungsofen der Firma IVA eine Reduktion des zur Beheizung benötigten Energieeinsatzes von ca. 10 % erreicht werden.

Bei der nachträglichen Anbringung von Dämmmaterial sollte stets die Begehbarkeit z.B. für Wartungsaufgaben mitgedacht werden, damit diese Tätigkeiten ohne eine Beschädigung der Dämmung möglich bleiben (z.B. durch zusätzliche Begehungsmatten).
Umsetzbarkeit
einfach / mittel / herausfordernd
einfach
Einsparung
Reinigungsanlagen relativ: 5 – 30 % (je nach Ausbaustufe)
Ofen relativ: ca. 10 % (je nach Ausbaustufe)

Absolut: 105.000 kWh/a
(Im Rahmen des Projekts ETA-Transfer wurden die Bäder von 4 Aichelin Flexiclean Reinigungsanlagen gedämmt)
Rol in Jahren ca. 1,4 Jahre (ohne Förderung ca. 2 Jahre)
Umsetzung der Maßnahme Bosch Rexroth
Fördermöglichkeiten Oft treten bei dieser Maßnahme Amortisationszeiten unter 2 Jahren auf. In diesem Fall ist eine Förderung als Einzelmaßnahme über die genannten Fördermöglichkeiten nicht möglich/nötig.
Bis zu 30 % (KMU 40 %) der Gesamtkosten (De-minimis)
Bis zu 30 % (KMU 40 %) der investiven Mehrkosten (AGVO)
Maximal 500 € (KMU 700 €) pro eingesparter Tonne CO2

Einfache Energieeffizienzmaßnahmen, die ohne größere Expertise umgesetzt werden können, sind häufig bereits bekannt und teilweise implementiert. Die große Mehrheit der verbleibenden Potenziale erfordert ein Verständnis des Systemzusammenhangs. Entsprechende Kompetenzen sind üblicherweise nicht Bestandteil der Kernaktivitäten produzierender Unternehmen. An dieser Stelle knüpft das Forschungsprojekt „ETA-Transfer“ an und zielt darauf ab, die Lücke zwischen Forschung und Entwicklung und einer breiten Umsetzung in der Industrie zu schließen.

Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) fördert die Forschung zur Energieeffizienzsteigerung in der Industrie. Im BMWK-geförderten Forschungsprojekt „ETA-Fabrik“ konnten zahlreiche Energieeffizienzmaßnahmen gemeinsam mit Partnern aus Industrie und Wissenschaft im Forschungsgebäude umgesetzt und erprobt werden. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen nun im Rahmen des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderten Forschungsprojekts „ETA-Transfer“ durch pilothafte Umsetzung innovativer und marktgängiger Energieeffizienzmaßnahmen in die Industrie transferiert werden. Gleichsam werden ebendiese Technologien durch Zuschussförderungen unterstützt.

Für das im Juni 2017 gestartete Projekt konnten insgesamt neun Industriepartner aus dem allgemeinen Maschinenbau und der Fahrzeugindustrie gewonnen werden. In einer ersten Projektphase werden derzeit im Rahmen von Vor-Ort-Workshops bei den Partnerunternehmen die jeweiligen Fertigungsbereiche messtechnisch, sowohl elektrisch als auch thermisch, erfasst. Basierend auf diesen Messdaten sowie weiteren unternehmensspezifischen Daten werden Energieeffizienzpotenziale durch das PTW quantifiziert und ein Konzept zum Heben dieser Potenziale entwickelt. Basierend auf dieser Entscheidungsgrundlage wird daraufhin von den Projektpartnern entschieden, welche Maßnahmen in der Umsetzungsphase umgesetzt werden sollen. Der Erfolg der Maßnahmen soll anschließend über einen Zeitraum von mindestens 12 Monaten überwacht werden und nicht zuletzt auch durch Printmedien sowie filmische Beiträge in der Industrie verbreitet werden

Fördergeber