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Energieeffizienz bei Werkzeugmaschinen –Anforderungen der Automobilindustrie
Dipl.- Ing. Dieter Nau, Leiter Gebäude- und EnergietechnikJuni 2011
Folie 2Dieter Nau, WPS/GET Energieeffizienz bei Werkzeugmaschinen – Anforderungen der Automobilindustrie 2011 06.ppt
Agenda
Mercedes-Benz und das Werk Untertürkheim
Energetische Optimierungsmaßnahmen an Maschinen und Anlagen
Erwartungen an Maschinen-, Anlagen- und Steuerungshersteller
Zusammenfassung
Folie 3Dieter Nau, WPS/GET Energieeffizienz bei Werkzeugmaschinen – Anforderungen der Automobilindustrie 2011 06.ppt
AbsatzUmsatzBelegschaft
Mercedes-Benz Zahlen im Überblick.
53,4 Mrd.
Euro
1.276.800
Einheiten
96.281
Mitarbeiter
(davon
84.986 in D)
Stand Dezember 2010 Mercedes-Benz Cars
Folie 4Dieter Nau, WPS/GET Energieeffizienz bei Werkzeugmaschinen – Anforderungen der Automobilindustrie 2011 06.ppt
Produktionsstandorte weltweit.
Mercedes-Benz Cars
Folie 5Dieter Nau, WPS/GET Energieeffizienz bei Werkzeugmaschinen – Anforderungen der Automobilindustrie 2011 06.ppt
Powertrain-Standorte Deutschland.
Stuttgart•Motoren
•Achsen
•Getriebe
•Guss- und Schmiedeteile
MDC Power GmbH •Motoren
Hamburg•Achsen
•Achskomponenten
•Lenksäulen
•Komponenten
der Abgastechnologie
•Leichtbaustrukturteile
Berlin•Motoren
•Komponenten
•Teile
•Kraftstoffsysteme
Powertrain
Folie 6Dieter Nau, WPS/GET Energieeffizienz bei Werkzeugmaschinen – Anforderungen der Automobilindustrie 2011 06.ppt
Das Werk Untertürkheim:
Gründungsjahr
Werkleiter
Gesamtfläche
Nutzfläche
Mitarbeiter*
1904
Peter Schabert
2.140.000 m²
1.056.000 m²
15.782*
*MBC-Werksanteil
alle Zahlen Stand 12/2010
Mercedes-Benz Werk Untertürkheim
Folie 7Dieter Nau, WPS/GET Energieeffizienz bei Werkzeugmaschinen – Anforderungen der Automobilindustrie 2011 06.ppt
Die Werkteile.
Bad
Cannstatt
• V-Motoren
Untertürkheim
• Otto- und Diesel-
reihenmotoren
• Schmiede
Hedelfingen
• Getriebe
Mettingen
• Achsen
• Gießerei
Brühl
• Instandhaltung
• Ausbildung
Nicht im Bild:Sirnauer Brücke •Flexible Fertigung
Zuffenhausen•Fertigung und Montage FSG und CVT für die
A- und B-Klasse
•Tauschgetriebeinstandsetzung
Mercedes-Benz Werk Untertürkheim
Folie 8Dieter Nau, WPS/GET Energieeffizienz bei Werkzeugmaschinen – Anforderungen der Automobilindustrie 2011 06.ppt
Betreuungsumfang(in Beispielen)
Fläche (BGF)
Kanalnetz
Anschlussleistungen:
Wärme
Strom
Aktive Ports D&K
2,8 Mio. m²
160 km
235 MW
205 MW
140.000
Stand Febr. 2011
Verbrauchsdaten 2010(Betreuungsbereich GET)
Wasser
Strom
Wärme
Erdgas
ca. 1,7 Mio. m³
ca. 1.100.000 MWh
rund 480.000 MWh
rund 210.000 MWh
Personal
Engineering-Teams
Betreiber-Teams
Spezialisten-Teams
Energieoptimierungsteam
Im Angestellten und
Lohnempfängerbereich
Gebäude- und Energietechnik im Werk Untertürkheim
Folie 9Dieter Nau, WPS/GET Energieeffizienz bei Werkzeugmaschinen – Anforderungen der Automobilindustrie 2011 06.ppt
Energieoptimierungsprojekt im Werk Untertürkheim seit 2006
Im Mehrjahresvergleich zeigen sich absolut verbesserte Kennwerte
Reduzierung
von 60.000 t CO2
entspricht der
Mitarbeiter-verhalten
Administration Technik
Vor Projekt Energieoptimierung Nach 22 Monaten Projekt Energieoptimierung
von 107.000 t CO2
Mitarbeiter-verhalten
Administration Technik
Vor Projekt Energieoptimierung Nach 60 Monaten Projekt Energieoptimierung
Mehr als 850
Maßnahmen
führen zu einer
Reduzierung
Grafik
aktualisieren Reduzierung
von 60.000 t CO2
entspricht der
Mitarbeiter-verhalten
Administration Technik
Vor Projekt Energieoptimierung Nach 22 Monaten Projekt Energieoptimierung
von 107.000 t CO /a2
Mitarbeiter-verhalten
Administration Technik
Vor Projekt Energieoptimierung Nach 60 Monaten Projekt Energieoptimierung
Mehr als 850
Maßnahmen
führen zu einer
Reduzierung
Grafik
aktualisieren
Mitarbeiter-verhalten
Administration Technik
werksweiten
Folie 10Dieter Nau, WPS/GET Energieeffizienz bei Werkzeugmaschinen – Anforderungen der Automobilindustrie 2011 06.ppt
Quelle:
N. Hofste WPS/GET
Unter Berücksichtigung der Produktionsstückzahl werden die Effizienzfortschritte noch deutlicher
PMO & Kölleda
247
207 209 202
170194
50
100
150
200
250
300
2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
kWh
/Mo
tor
- 31%
PAC - mit energetischer Normachse(1 HA = 1,75 VA)
75 79 7783
57
87
25
50
75
100
125
150
2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
kWh
/No
rmac
hse
- 24%
Motoren
Achsen
Folie 11Dieter Nau, WPS/GET Energieeffizienz bei Werkzeugmaschinen – Anforderungen der Automobilindustrie 2011 06.ppt
PMO
Produktbereiche
Planung
techn. Geb-
ausrüstung
PAC
PGE
PTU
Techn.
Berufsausb.
Fabrik-
planung
Produktions-
planung
Betrieb
TGA
Betrieb
Zentral-
anlagen
Kommuni-
kation
Prozessuntersütz. Bereiche
IT
QM
Logistik
Zahlen &
Daten
ProjektleitungEnergie-
optimierung
PMO
Produktbereiche
Planung
techn. Geb-
ausrüstung
PAC
PGE
PTU
Techn.
Berufsausb.
Fabrik-
planung
Produktions-
planung
Betrieb
TGA
Betrieb
Zentral-
anlagen
Kommuni-
kation
Prozessuntersütz. Bereiche
IT
QM
Logistik
Zahlen &
Daten
ProjektleitungEnergie-
optimierung
Das Energieoptimierungsprojekt ist in einer Matrixorganisation aufgestellt.
Folie 12Dieter Nau, WPS/GET Energieeffizienz bei Werkzeugmaschinen – Anforderungen der Automobilindustrie 2011 06.ppt
Agenda
Mercedes-Benz und das Werk Untertürkheim
Energetische Optimierungsmaßnahmen an Maschinen und Anlagen
Erwartungen an Maschinen-, Anlagen- und Steuerungshersteller
Zusammenfassung
Folie 13Dieter Nau, WPS/GET Energieeffizienz bei Werkzeugmaschinen – Anforderungen der Automobilindustrie 2011 06.ppt
Stellhebel zur Steigerung der Energieeffizienz in der Prozess- und Umwelttechnik
Absaugung/
Abluftreinigung
Kühlschmierstoff-/
Späneaufbereitung
Abwasser-
aufbereitung
Brand-
schutz
Kältever-
sorgung
Medienversorgung
- Kühl/Kaltwasser
- Druckluft
- Strom
EnEV 2012
Gebäude - Klima
- Heizung
- Lüftung
Folie 14Dieter Nau, WPS/GET Energieeffizienz bei Werkzeugmaschinen – Anforderungen der Automobilindustrie 2011 06.ppt
Bet
rieb
Pau
se
Schubab-schaltung
Start-Stopp-Automatik
Motorabschaltung Verbraucherabschaltung
1. Optimierte Einsparung in
kurzen Pausen
2. Maximale Einsparung in langen Pausen
Nutzung alternativer
Energien
Nutzung von Energiespeicher
und Rückspeise-modlue
Energierückspeisungbei Hybridmotoren
Bedarfsgerechte Energiebereitstellung(Hydaulik / Druckluft)
Energiesparende Motoren
Energiesparende Komponenten (Motoren,
Ventile, Antriebe, etc.)
Effiziente Maschinenkonzepte
Leichtbauweise, niedriger cw-Wert
AbschaltungNeben-aggregate
Verbrauchsanzeige /Schaltempfehlungen
Transparenz Energieverbraucher/Monitoring
Bet
rieb
Pau
se
Schubab-schaltung
Start-Stopp-Automatik
Motorabschaltung Verbraucherabschaltung
1. Optimierte Einsparung in
kurzen Pausen
2. Maximale Einsparung in langen Pausen
Nutzung alternativer
Energien
Nutzung von Energiespeicher
und Rückspeise-modlue
Energierückspeisungbei Hybridmotoren
Bedarfsgerechte Energiebereitstellung(Hydaulik / Druckluft)
Energiesparende Motoren
Energiesparende Komponenten (Motoren,
Ventile, Antriebe, etc.)
Effiziente Maschinenkonzepte
Leichtbauweise, niedriger cw-Wert
AbschaltungNeben-aggregate
Verbrauchsanzeige /Schaltempfehlungen
Transparenz Energieverbraucher/Monitoring
Übertragung der Start-Stopp Automatik aus dem Automobilbau in den Maschinenbau
Quelle:
S. Schöll PWT/VEM
Folie 15Dieter Nau, WPS/GET Energieeffizienz bei Werkzeugmaschinen – Anforderungen der Automobilindustrie 2011 06.ppt
Intelligentes Abschaltmanagement bei ungeplanten Stillständendurch steuerungsintegrierten „Energiemanager“
Quelle:
S. Schöll PWT/VEM
Ziel: Intelligentes Abschalten von Komponenten,
analog der Start/Stopp–Funktion im Fahrzeug, abhängig vom Betriebszustand der Werkzeug-maschine.
Typisches BAZ (Doppelspindler, MMS) verbraucht im Wartezustand, zB. bei Logistikstörung, 4,4 kW
Ergebnis: Energieeinsparung durch steuerungsintegriertes,intelligentes Abschaltmanagement � „ECO-Mode“
Energieeinsparung: 3 kWDrucklufteinsparung: 150 l/minWiedereinschaltzeit: < 10 sec
Wir
kle
istu
ng [
kW
]
Zeit
4,4
9,7
20
Wir
kle
istu
ng [
kW
]Zeit
4,4
0
1,4
20
Bearbeitung
Warten Warten
ECO-
Mode
Bearbeitungsta
kt ca. 8 min
Ziel: Intelligentes Abschalten von Komponenten,
analog der Start/Stopp–Funktion im Fahrzeug, abhängig vom Betriebszustand der Werkzeug-maschine.
Typisches BAZ (Doppelspindler, MMS) verbraucht im Wartezustand, zB. bei Logistikstörung, 4,4 kW
Ergebnis: Energieeinsparung durch steuerungsintegriertes,intelligentes Abschaltmanagement � „ECO-Mode“
Energieeinsparung: 3 kWDrucklufteinsparung: 150 l/minWiedereinschaltzeit: < 10 sec
Wir
kle
istu
ng [
kW
]
Zeit
4,4
9,7
20
Wir
kle
istu
ng [
kW
]Zeit
4,4
0
1,4
20
Bearbeitung
Warten Warten
ECO-
Mode
Bearbeitungsta
kt ca. 8 min
Im ungeplanten Eco-Mode reduziert sich die Stromaufnahme um > 60% !
Folie 16Dieter Nau, WPS/GET Energieeffizienz bei Werkzeugmaschinen – Anforderungen der Automobilindustrie 2011 06.ppt
Intelligentes Abschaltmanagement bei geplanten Stillständendurch steuerungsintegrierten „Energiemanager“
Quelle:
S. Schöll PWT/VEM
Im geplanten Eco-Mode reduziert sich die Stromaufnahme um > 80% !
Leitstand
Kommando-
Schnittstelle
Doppelspindel -BAZLeitstand
Kommando-
Schnittstelle
Doppelspindel -BAZDoppelspindel -BAZ
Folie 17Dieter Nau, WPS/GET Energieeffizienz bei Werkzeugmaschinen – Anforderungen der Automobilindustrie 2011 06.ppt
■ Optimierung Absaugung mittels Nebel-
versuche
■ Einsatz variable Absaugung
- Abluftmanagement
■ Bedarfsorientierte Auslegung der
Absaugmengen - Strömungssimulation
■ Optimierte Ablufterfassung
Maßnahmen zur Optimierung der Maschinenabsaugung
Energieeinsparung aller Maßnahmen > 25% !
Folie 18Dieter Nau, WPS/GET Energieeffizienz bei Werkzeugmaschinen – Anforderungen der Automobilindustrie 2011 06.ppt
Druckverluste •Leitungsführung
•Reduzierungen
•Querschnitte
Beheizung•Waschwassertemperatur
•Vermeidung elektrischer Beheizung
Prozessabluft• Schwadenkondensatoren
Pumpen/ Ventilatoren• HD-Pumpen
• Kreiselpumpen
• Leistungsregelung
• DownsizingIsolation
• kalte und warme Flächen
• Isolation kritischer Anlagenteile
• Tank, Leitungen, Deckel und Filter
Betriebsarten•Pulkbetrieb
•Warten auf Teil
•Stand-By
•Wochenendmodus
Bauteilkühlung
Bauteiltrocknung•Vakuumtrockner
•Heisslufttrocknung
•Seitenkanalverdichter
•Abblasen mit Druckluft
Energetische Optimierung von Wasch- und Entgratzentren
Die Hauptstellhebel sind definiert. Die Potenziale betragen 5 – 25 %!
Folie 19Dieter Nau, WPS/GET Energieeffizienz bei Werkzeugmaschinen – Anforderungen der Automobilindustrie 2011 06.ppt
Wirkleistungsaufnahme einer Hochdruckreinigungspumpe
Durch die Optimierung des Volumenstroms im Hochdruckreinigungsprozeßkönnen die energetischen Betriebskosten um ca. 10 % gesenkt werden !
Wirkleistungs-
einsparpotenzial
bei idealem
Volumenstrom
ca. 50 %
Wir
klei
stu
ng
[kW
]
Vo
lum
enst
rom
[l/m
in]
Zeit [s]
Wirkleistungs-
einsparpotenzial
bei idealem
Volumenstrom
ca. 50 %
Wir
klei
stu
ng
[kW
]
Vo
lum
enst
rom
[l/m
in]
Zeit [s]
Wirkleistungs -
einsparpotenzial
bei idealem
VolumenstromWir
klei
stu
ng
[kW
]
Vo
lum
enst
rom
[l/m
in]
Zeit [s]
Folie 20Dieter Nau, WPS/GET Energieeffizienz bei Werkzeugmaschinen – Anforderungen der Automobilindustrie 2011 06.ppt
Beutelfilter
•teilisolierte Rohrleitungen
•unisolierte Filtergehäuse
Medienführung/Kabine
•unisolierte Medienführung
•unisolierte Prozesskammerkabinendecke
Dach der Prozesskabine
(Spritzvorgang innen, Wasser trifft
gegen Kabinendecke), keine
Lärmschutzfunktion integriert
Beutelfilter
•teilisolierte Rohrleitungen
•unisolierte Filtergehäuse
Medienführung/Kabine
•unisolierte Medienführung
•unisolierte Prozesskammerkabinendecke
Dach der Prozesskabine
(Spritzvorgang innen, Wasser trifft
gegen Kabinendecke), keine
Lärmschutzfunktion integriert
Isolation und Medienführung bei Industriereinigungsanlagen
Effektive Isolierung und Leitungsführung reduzieren Wärmeverluste um >10% !
Folie 21Dieter Nau, WPS/GET Energieeffizienz bei Werkzeugmaschinen – Anforderungen der Automobilindustrie 2011 06.ppt
Forschungsprojekt MAXIEMForschungsprojekt Maxiem mit TU Darmstadt(Maximierung der Energieeffizienz von Werkzeugmaschinen)
Projekt, das die Steigerung der Energieeffizienz spanender Werkzeugmaschinen zum Ziel hat.
Demonstration der Einsparpotenziale durch die Verwendung der effizientesten auf dem Markt verfügbaren Komponenten und Aggregate.
Potenzialausweis durch eine optimierte Ansteuerung der Komponenten.
Quelle:
F.Erdle PPA/MDas Forschungsprojekt weist ca. 20% Energieeffizienzsteigerung aus !
Folie 22Dieter Nau, WPS/GET Energieeffizienz bei Werkzeugmaschinen – Anforderungen der Automobilindustrie 2011 06.ppt
Die Beschaffung energieeffizienter Maschinen und Anlagen in Mercedes-Benz Powertrain ist seit 2008 im Lastenheft integriert
Quelle:
F.Erdle PPA/M
Überprüfung
Checkliste
Bewertung
Berücksichtigung
Planer
Fabrik
Produktionsprozess
Maschine
Energiecheckliste
Bewertungstool
Energiekostenbaustein
Energieverbrauchsmessungen
Angabe des zu erwartenden Energie- und
Medienverbrauchs bei der
Angebotsabgabe
Herstellervergleich der Energie- und Medienverbrauchs-
angaben.
Angaben in €/Jahr als Entscheidungskriterium
für den Einkauf
Soll-/Ist Vergleich
Überprüfung
Checkliste
Bewertung
Berücksichtigung
Planer
Fabrik
Produktionsprozess
Maschine
Energiecheckliste
Bewertungstool
Energiekostenbaustein
Energieverbrauchsmessungen
Angabe des zu erwartenden Energie- und
Medienverbrauchs bei der
Angebotsabgabe
Herstellervergleich der Energie- und Medienverbrauchs-
angaben.
Angaben in €/Jahr als Entscheidungskriterium
für den Einkauf
Soll-/Ist Vergleich
Überprüfung
Checkliste
Bewertung
Berücksichtigung
Planer
Fabrik
Produktionsprozess
Maschine
Energiecheckliste
Bewertungstool
Energiekostenbaustein
Energieverbrauchsmessungen
Angabe des zu erwartenden Energie- und
Medienverbrauchs bei der
Angebotsabgabe
Herstellervergleich der Energie- und Medienverbrauchs-
angaben.
Angaben in €/Jahr als Entscheidungskriterium
für den Einkauf
Soll-/Ist Vergleich
Überprüfung
Checkliste
Bewertung
Berücksichtigung
Planer
Fabrik
Produktionsprozess
Maschine
Energiecheckliste
Bewertungstool
Energiekostenbaustein
Energieverbrauchsmessungen
Angabe des zu erwartenden Energie- und
Medienverbrauchs bei der
Angebotsabgabe
Herstellervergleich der Energie- und Medienverbrauchs-
angaben.
Angaben in €/Jahr als Entscheidungskriterium
für den Einkauf
Soll-/Ist Vergleich
Folie 23Dieter Nau, WPS/GET Energieeffizienz bei Werkzeugmaschinen – Anforderungen der Automobilindustrie 2011 06.ppt
Agenda
Mercedes-Benz und das Werk Untertürkheim
Energetische Optimierungsmaßnahmen an Maschinen und Anlagen
Erwartungen an Maschinen-, Anlagen- und Steuerungshersteller
Zusammenfassung
Folie 24Dieter Nau, WPS/GET Energieeffizienz bei Werkzeugmaschinen – Anforderungen der Automobilindustrie 2011 06.ppt
Energieeffizienz als ein unabdingbares Merkmal im Maschinen- und Anlagenbau
•Nebenzeitoptimierte Maschinenkonzepte
•Hohe VerfügbarkeitProduktivität
Flexibilität
Qualität
Skalierbarkeit
•Wandlungsfähigkeit der Maschinen- und Verkettungsmodule
•Geringer Komplexitätsgrad der Fertigungstechnologie
•Geringe Anzahl von Spannlagen
•Modularer Aufbau von Fertigungssystemen
Energieeffizienz•Energieeffiziente Maschinenkonzepte und -Komponenten
•Intelligentes und ressourcenschonendes Maschinenverhalten
Folie 25Dieter Nau, WPS/GET Energieeffizienz bei Werkzeugmaschinen – Anforderungen der Automobilindustrie 2011 06.ppt
Energieeffizienz als ein unabdingbares Merkmal in der dazugehörigen Steuerungstechnik
Bedienfeld-
Infrastruktur
Feldbusse
Lifecycle
Management
•skalierbare Bedienfeldgrößen
•Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine
•schneller, sicherer, kosteneffektiver, einheitlicher, einfacher
•Vereinfachte Kommunikationsstrukturen (Ethernet)
•Anforderungsgerechtes Ersatzteilmanagement
•Nachhaltige Kompatibilitätsstategie SW und HW
Energieeffizienz•Unterstützt Energiemanagement durch Transparenz und Funktion
•Liefert direkten Beitrag zur Verbrauchsreduzierung
Komplexität•Wegfall von Geräten und Vereinfachung von Schnittstellen
•einfache Software-/Lizenz-Strukturen und Projektierung
Folie 26Dieter Nau, WPS/GET Energieeffizienz bei Werkzeugmaschinen – Anforderungen der Automobilindustrie 2011 06.ppt
Agenda
Mercedes-Benz und das Werk Untertürkheim
Energetische Optimierungsmaßnahmen an Maschinen und Anlagen
Erwartungen an Maschinen-, Anlagen- und Steuerungshersteller
Zusammenfassung
Folie 27Dieter Nau, WPS/GET Energieeffizienz bei Werkzeugmaschinen – Anforderungen der Automobilindustrie 2011 06.ppt
Bei Ausschöpfung der funktionsspezifischen Potenziale ist eine Energieeffizienzsteigerung von 25% und mehr möglich !
Absaugung/
Abluftreinigung
Kühlschmierstoff-/
Späneaufbereitung
Abwasser-
aufbereitung
Brand-
schutz
Kältever-
sorgung
Medienversorgung
- Kühl/Kaltwasser
- Druckluft
- Strom
Gebäude - Klima
- Heizung
- Lüftung
EnEV 2012
Folie 28Dieter Nau, WPS/GET Energieeffizienz bei Werkzeugmaschinen – Anforderungen der Automobilindustrie 2011 06.ppt
Zusammenfassung
Die steigenden Kosten in der Energieversorgung und die Wende in der deutschen Energiepolitik ist Ansporn und Verpflichtung zugleich, alle Stellhebel in Bewegung zu setzen.
Wir haben große Chancen und sollten diese nachhaltig angehen:
Gebäude
25%
Produktionsanlagen
30%
TGA
20 % ∑ 25%
Interaktion von Prozessketten und Umfeld,
Energiecontrolling und -rückgewinnung∑ 40%
Gewerkespezifisch
Folie 29Dieter Nau, WPS/GET Energieeffizienz bei Werkzeugmaschinen – Anforderungen der Automobilindustrie 2011 06.ppt
1. Platz 2007
Energieoptimierung
Werk Untertürkheim
1. Platz 2011
5 Jahre
Energieoptimierung im
Werk Untertürkheim
2. Platz 2008
Energiemanagement
im Werk Untertürkheim
1. Platz 2007
Energieoptimierung
Werk Untertürkheim
1. Platz 2011
5 Jahre
Energieoptimierung im
Werk Untertürkheim
2. Platz 2008
Energiemanagement
im Werk Untertürkheim
Die Energieeinsparungen des Werkes wurden in den vergangenen Jahren mit internen und externen Preisen ausgezeichnet.