Neue Einsparpotenziale in der Industrie 1

Serie: Effizienzfabrik – ‚Forschung für die Produktion von morgen‘, Teil 2

LANDSBERG (pd). Unter dem Motto ‚Den effizienten Dreh finden … und die Kernkomponente der Werkzeugmaschine optimieren‘ läuft das Projekt ‚Die perfekte Welle‘: Der tatsächliche Energieverbrauch ist den Anwendern von Werkzeugmaschinen meist unbekannt. Eine durchschnittliche Dreh-, Fräs- oder Schleifmaschine emittiert indirekt jährlich so viel CO2 wie zehn Pkw.

Für diesen signifikanten Verbrauch sind nicht nur die Hauptspindel als Kernkomponente von Werkzeugmaschinen, sondern auch deren Peripherieaggregate, wie zum Beispiel Kühlung, Schmierung und Hydraulik, verantwortlich. Der Energieaufwand bei der Maschinenbenutzung hängt dabei stark vom Aufbau des Spindelmotors und der Konzeption der Stromspeisung der Antriebe ab. Hier verbirgt sich noch ein großes Potenzial zur Erhöhung der Effizienz.

Das Projekt EnergieMSP analysiert zunächst die Einsparmöglichkeiten der Motorspindel als Kernkomponente von Werkzeugmaschinen in allen Betriebsbereichen und optimiert dann entsprechend den Verbrauch der einzelnen Spindelkomponenten. Schwerpunkte dabei sind der Aufbau des Antriebsmotors und die Konzeption der Speisung, die Lagerung, das Spannsystem, die Drehdurchführung sowie der Rotor. Während der Projektlaufzeit soll eine optimierte Motorspindel aufgebaut werden, deren Energiebedarf um 25 % gesenkt wurde – und das bei gleich bleibender Leistungsfähigkeit.

‚Keine Reibungsverluste … dank innovativer Beschichtungsverfahren mit Nanotechnik‘ verspricht das Projekt ‚NANODYN‘: Durch eine nanoskalig strukturierte Beschichtung können Oberflächen und deren Benetzungsverhalten so verändert werden, dass die Ressourceneffizienz der Produkte aufgrund verminderter Reibungs- und Verschleißverluste maßgeblich verbessert wird.

Die Vereisung von Flugzeugflügeln und Windrädern ist beispielsweise ein komplexes Problem, das durch gezielte Veränderung der Oberflächeneigenschaften beeinflusst werden kann. Die aufwändige Heizung der Flügelvorderkanten kann so reduziert und Flugbenzin sowie CO2-Emissionen eingespart werden. Ziel des Projekts NANODYN ist die Entwicklung einer Produktionstechnik, die durch lokal strukturierte Oberflächenbeschichtungen effizientere Bauteilfunktionen ermöglicht.

Mikro- und nanoskopische Vorgänge auf reibenden sowie be- und entnetzenden Oberflächen zu untersuchen und zu simulieren, sind weitere wichtige Aspekte dieses Projektes. Dabei wird der Ansatz verfolgt, die technischen Anforderungen auf die Grenzflächenbeschaffenheit zurückzuführen und sie durch eine nanoskalig strukturierte Schicht zu beeinflussen. Im Ergebnis stehen Prozesse und Anlagen für den industriellen Einsatz zur Verfügung, durch die Benetzungseigenschaften gezielt eingestellt werden können. Diese Technologie kann vielfältig eingesetzt werden, so für Bauteile aus der Luftfahrt und für die Beschichtung von Bandwaren und Wälzlagern.

Mit dem Thema ‚Wasser marsch … mit mehr Effizienz dank intelligenter Mikrosiebe‘ beschäftigt sich das Projekt ‚Nanoefficiency‘: Bei Filtrationsprozessen tritt gewöhnlich das Problem auf, dass sich innerhalb kurzer Zeit sogenannte Foulingschichten bilden, die allein durch Strömungsprozesse nicht von den Filtermembranen entfernt werden können. Die Filtrationsleistung kann dann innerhalb weniger Minuten deutlich absinken. Dies verursacht aufwändige Reinigungsschritte, die mit einem hohen Verbrauch an Chemikalien verbunden sind.

Im Projekt Nanoefficiency wird eine neuartige Beschichtung spezieller Mikrofilter mit ungiftigen, photokatalytischen Titandioxid-Nanopartikeln entwickelt. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass sie katalytisch Verschmutzungen zersetzen kann und zudem antikorrosiv wirkt. Damit sollen über den gesamten Filtrationsprozess 50 % der Ressourcen im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren gespart werden.

Das Motto des Projekts "Nanoefficiency": Wasser marsch … mit mehr Effizienz dank intelligenter Mikrosiebe.

Neben der Entwicklung und Optimierung der Beschichtungsmethoden steht vor allem die Herstellung von neuen Mikrofiltern, sogenannten Mikrosieben, im Fokus. Im Anschluss an die Übertragung des Verfahrens auf Mikrobauteile wie Mikropumpen wird die Sparleistung quantifiziert und die Toxizität abgeschätzt.

Die beschichteten Mikrosiebmodule sollen abschließend ihre Praxistauglichkeit in einer dezentralen Trinkwasseraufbereitungsanlage unter Beweis stellen. Die innovativen Filter eröffnen Möglichkeiten für eine breite Anwendung in der chemischen Industrie, der Nahrungsmittelindus-trie, der Pharmazie und Kraftwerkstechnik.