Fraunhofer Institute

Industrie 4.0 - Aus Digital wird Smart

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Im Rahmen eines vergangen Forschungsprojekts hat das Fraunhofer Institut eine Methode zum energiesparenden Betrieb von Robotern, Werkzeug- und Sondermaschinen entwickelt. Schwerpunkt hierbei ist die Verwendung eines gemeinsamen Energiespeichers für alle Antriebe sowie einer intelligenten Steuerung der Energieströme während der Beschleunigungs- und Abbremsvorgänge. So kann ein Teil der Bremsenergie für gleichzeitige oder nachfolgende Beschleunigungen anderer Antriebe wiederverwendet werden: Der Energieverbrauch mehrachsiger Produktionsmaschinen beim Bewegen von Werkzeugen, Greifen und Transportieren von schweren Massen etc. wird in hohem Maße durch ständige Beschleunigungs- und Abbremsvorgänge bestimmt. Die Idee liegt nahe, einen Teil der »verschwendeten« Energie durch Energierückgewinnungssysteme einzusparen. Gerotor knüpft an dieser Stelle an und kooperiert in Punkto Simulation und Steuerungslogik mit der Fraunhofer Gesellschaft.

 

Die Forschungskooperation mit unterschiedlichen Fraunhofer Instituten sind ein wesentlicher Teil der Entwicklungsstrategie von Gerotor.

 


 

Forschungspartnerschaft mit dem Fraunhofer Institut

 

Umwelttechnologien und Nachhaltigkeit in der Produktion sind eine besondere Stärke Deutschlands im globalen Wettbewerb. Forschung und Innovation bieten hierbei die Chance, diese Stärke auszubauen und gleichzeitig auf dem Weg zum nachhaltigen Wirtschaften gemeinsam mit unseren Partnern voranzukommen. Der Einklang von ökologischen und ökonomischen Aspekten bei der Entwicklung neuer Technologien wird Deutschland weiterhin eine internationale Spitzenposition sichern.

 

Die ständig wachsenden Anforderungen im modernen Maschinenbau erfordern neue Maßstäbe für effiziente, kostengünstige und umweltgerechte Produkte. Gerotor befasst sich mit dem Thema umweltfreundlicher Energiespeicherung mit der Ausrichtung auf höchste Leistungsdichte. Aufgrund der Eigenschaften des zugrundeliegenden elektromechanischen Schwungmassenspeichers können in vielen Anwendungsgebieten (z.B. Industrieanwendungen, Energietechnik, Mobilität, etc.) Energie zurückgewonnen und Leistungsspitzen geglättet werden. Da der Nutzen eines Hochleistungs-energiespeichers im Bereich Maschinenbau, insbesondere für servoelektrische Pressen, bemerkenswert hoch ist, konzentriert sich GeRotor mit der Forschung und Entwicklung des Gerotor HPS („High Power Storage“) auf den konkreten Anwendungsfall an einer Umformanlage.

 

Der assoziierte Projektpartner entwickelt, produziert und vertreibt hochinnovative Blech-, Schmiede- und Münzpressen auf Basis moderner servoelektrischer Antriebe. Im Gegensatz zu konventionellen hydraulisch angetrieben Produkten, kann dadurch eine deutlich höhere Produktivität und Genauigkeit erzielt werden. Servoelektrische Antriebe verursachen neben ihren vielen Vorteilen jedoch hohe Lastspitzen im Stromnetz, was einer energieeffizienten Lösung bedarf, da die Energiekosten ein bedeutender Faktor im Presswerk sind.

 

Technisches Ziel des Forschungsvorhabens ist daher die Senkung dieser Lastspitzen und die Erhöhung der Energieeffizienz elektromechanischer Servopressen durch Integration eines neuen, innovativen Hochleistungsenergiespeichers von Gerotor. Das Kernstück ist der Gerotor HPS, der Bremsenergie rekuperiert und diese Energie dann wieder zur Verfügung stellt, wenn der Bedarf am höchsten ist.
Ein modularer Ansatz von Gerotor erlaubt eine flexible Skalierung, dadurch kann je nach Bedarf die benötigte Kapazität durch den Zusammenschluss von mehreren Gerotor HPS zu einem Multimodul erreicht werden. Aufgrund ihrer Trägheit müssen Schwungmassenspeicher im Bearbeitungsprozess teilweise vorausschauend modellbasiert angesteuert werden. Hierfür ist die Simulationskompetenz des Fraunhofer Institutes in Magdeburg erforderlich.

 

Mit dem Erreichen dieses Ziels geht eine Reihe von positiven Effekten einher. Durch die reduzierte Anschlussleistung (bis zu 70% weniger Leistungsbedarf) und die Rekuperation von Bremsenergie (bis zu 60% Stromeinsparung) können die Stromkosten deutlich gesenkt werden. Mit diesen Einsparungen werden natürliche Ressourcen geschont und negative Umweltauswirkungen minimiert. Hätte man zu Beginn der Einführung der Servotechnologie in Europa vor ca. 10 Jahren mit einer jährlichen Produktion von 2.000 Stück p.a. hypothetisch alle Pressen mit dem Gerotor HPS ausgestattet, wäre jetzt eine jährliche Einsparung von ca. 450 GWh Strom möglich, was beim aktuellen dt. Energiemix ungefähr 125.000 dt. Haushalten entspricht. Für die Leistungsaufnahme würde dies eine signifikante Reduzierung von ca. 1,8 GW bedeuten (das größte deutsche AKW Isar 2 hat eine Leistung von 1,4 GW). In Kohlenstoff-dioxid umgerechnet würde dies – ungeachtet anderer potentieller Industrieanwendungen – alleine im Bereich Servopressen eine jährliche Emissionsreduktion von etwa 250.000 t CO2 bedeuten. Die Effekte des Gerotor HPS führen somit zu erheblichen ökologischen und ökonomischen Vorteilen bei künftigen Servopressen und das System könnte auch bei bestehenden Anlagen nachgerüstet werden. Potentiell funktionieren diese Wirkprinzipien auch an vielen anderen Maschinen und Industrieanlagen. Das Gesamtpotential für die Emissionsreduktion unter Berücksichtigung anderer Anwendungsgebiete würde sicherlich ein Vielfaches betragen.

 

 

 

 

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