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Landkarte der Energie

Text: Johannes Winterhagen
Daten über den Energieverbrauch in der Produktion zu erfassen und zu visualisieren, daran arbeiten die Experten Christian Kubis und Johannes Linzbach von Festo. Langfristig sollen sich Technologien für Energieeffizienz und Industrie 4.0 ergänzen.

Auf dem Sofa oder am Tisch? Besprechungen in der Festo-Technologiefabrik Scharnhausen beginnen mit einer Frage, die so ungewöhnlich ist, wie die Lage des Raums mitten in der Fertigung. Liebevoll gestaltete „Ideenschmieden“ sind eines der Ergebnisse des Neubauplanungsteams, das im Jahr 2011 gebildet wurde. Damals startete die Planung für das Vorzeigewerk des Antriebsspezialisten, in dem heute pneumatische Antriebe und Ventile sowie Elektronikkomponenten und kundenspezifische Lösungen für die Automatisierungstechnik gefertigt werden. In der Projektgruppe lernten sich Christian Kubis, der die technische Ausstattung des Werks verantwortet, und der Forscher Johannes Linzbach kennen. In einem interdisziplinären Team und unterstützt von der Technischen Universität Braunschweig entwickelten sie eine Vision für das Energiemanagement der Zukunft, das auf drei Säulen beruht: Jeweils für sich betrachtet sollten Gebäude und Produktionsprozesse so energieeffizient wie möglich ausgelegt werden. Zudem nahmen sie eine Aufgabe in Angriff, die weit über die Standards hinausgeht, die beim Bau neuer Fabriken heutzutage zum Einsatz kommen. Denn Kubis und Linzbach verknüpften die Energieströme von Gebäude und Produktion konsequent miteinander. Ein wichtiges Arbeitsmittel der Experten waren dabei sogenannte Sankey-Diagramme. Dabei handelt es sich um Pfeile, deren Dicke die Menge an Energie wie beispielsweise Strom, Wärme oder Druckluft, darstellt. Die Pfeile verzweigen sich, wenn Energie verteilt wird oder nur teilweise genutzt wird. „Wendet man diese Technik auf einen gesamten Fertigungsabschnitt und den zugehörigen Gebäudeteil an, entsteht eine Art Landkarte der Energie“, erläutert Linzbach. „Dann bemerkt man recht schnell, wo man Prozesse verbinden kann.“ So gibt es beispielsweise Produktionsschritte, in denen mit hohen Temperaturen gearbeitet werden muss. In Scharnhausen gilt dies für eine Anlage, auf der Aluminiumgehäuse galvanisch gegen Korrosion geschützt werden. Trotz guter Isolierung entsteht hier kontinuierlich Abwärme. Die dient nun unter anderem zur Beheizung der Ideenschmieden. „Wir können nicht jedes Joule Wärme nutzen“, sagt Kubis, „aber insgesamt soll – auf die Ausbringungsmenge bezogen – der CO2-Ausstoß in der neuen Fabrik im Vergleich zum industriellen Standard um einen zweistelligen Prozentbetrag sinken.“ Der Amortisierungszeitraum aller Energieeffizienz-Maßnahmen in Scharnhausen liegt nach seinen Angaben bei sieben bis acht Jahren.

Abweichungen früh erkennen

Das Team aus Forschern und Praktikern gibt sich damit nicht zufrieden. Denn um mindestens einen Prozentpunkt soll die Energieeffizienz der Technologiefabrik jedes Jahr weiter steigen. „Dafür ist es wichtig, Abweichungen vom Sollprozess so schnell wie möglich zu erkennen“, so Linzbach. In mehreren firmenübergreifenden Forschungsprojekten untersuchte das Unternehmen bereits, wie sich die Energieeffizienz in der Produktion steigern lässt. Eine Voraussetzung dafür ist die Transparenz der Energieströme. Im Rahmen eines Forschungsprojektes „MetamoFAB“ wurde deshalb ein Energietransparenzsystem entwickelt. Das System erfasst Energieströme in der Produktion in Echtzeit und visualisiert diese in einem virtuellen Abbild der Fabrik auf mobilen Endgeräten, etwa einem Tablet. Das vom BMBF geförderte Projekt „MetamoFAB“, an dem sich Festo beteiligt, erforscht dabei den Wandel von bestehenden Fabriken hin zu intelligenten und vernetzten Fabriken. Die Technologiefabrik dient dabei als Anwendungsfall, in dem die erzielten Ergebnisse einem harten Praxistest unterzogen werden können – in einer Fabrik, die trotz ihres Namens kein Labor darstellt, sondern Kernprodukte fertigt, für die das Unternehmen weltweit bekannt ist.

Effizienz als Teil von Industrie 4.0

Auch wenn das Forschungsprojekt noch läuft, ist sich Kubis bereits sicher: „Transparenz ist eine wichtige Voraussetzung, damit Produktionsprozesse in Zukunft noch energieeffizienter gesteuert werden können.“ Die grundsätzliche Messtechnik sei vorhanden; es gehe nun darum, die Daten zu Energiebedarf mit anderen Informationen – etwa zur Arbeitsplanung – zu verknüpfen. Gelingt dies, könnte die Fertigung wenig dringlicher Aufträge gezielt in Zeiten mit hohem Stromangebot und niedrigen Strompreisen verschoben werden. Auch könnten Rüstzeiten, in denen Maschinen für neue Produkte vorbereitet werden, oder Wartungsarbeiten anhand der Energieverfügbarkeit geplant werden. „Damit wird Energieeffizienz zu einem Bestandteil einer Industrie- 4.0-Fabrik, in der sich die Produktion zunehmend selbst steuert“, sagt Kubis voraus. Bis dahin ist es ein weiter Weg. Unterdessen zeigt Transparenz sofort Wirkung, weil den Mitarbeitern der Energieverbrauch einzelner Anlagenteile erstmals bewusst würde. „Oft zeigt ein erhöhter Stromverbrauch an, dass mit einer Maschine etwas nicht stimmt“, erläutert Kubis. Es wäre schon ein Fortschritt, wenn ein Facharbeiter seinen Chef darauf hinweist, sich eine auffällige Pumpe genauer anzuschauen. Dass das Bewusstsein das Handeln bestimmt, hat der Ingenieur am eigenen Leib erfahren. Bevor Kubis innerhalb des Festo-Produktionssystems die Verantwortung für die Themen Energie und Umwelt übernahm, kümmerte er sich zu Hause wenig um das Energiesparen. Mittlerweile nervt er seine Familie manchmal, weil er immer wieder daran erinnert, die Fenster zu schließen und die Beleuchtung auszuschalten.

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