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Forschergruppe 1088

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DFG Forschergruppe FOR1088 ''ECOMATION''

 

 

Steuerung des Energieverbrauchs in der Fertigung und Steigerung der Energieeffizienz durch Automatisierung

 

Förderungsträger Laufzeit Projektpartner
DFG 2009-2015 Universität Stuttgart, TU Darmstadt
     

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Nr. Name des Teilprojekts Projektpartner
TP1 Prognosefähiges Modell des Energieverbrauchs Externer LinkISW Universität Stuttgart
TP2 Maschinennaher Energieregelkreis in der Steuerung Externer LinkISW Universität Stuttgart
TP3 Maschinenferner Energieregelkreis in PPS/MES Externer LinkIFF Universität Stuttgart
TP4 Energieverbrauchsbeeinflussung auf Komponentenebene Externer LinkPTW TU Darmstadt
TP5 Energieverbrauchsbeeinflussung auf Prozessebene IfW Universität Stuttgart
TP6 Demonstration und Analyse der Abhängigkeiten alle

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Energieeffizienz, Maschinenbetrieb, Steuerung und Regelung

 

 

Im Fokus bisheriger Maßnahmen zur Energieeffizienzsteigerung steht die permanente Verbesserung von Prozessketten, Verfahren und Maschinenwirkungsgraden. Da Maschinen und Anlagen unter ständig wechselnden Anforderungen und Randbedingungen betrieben werden, erschließt eine derartige „Optimierung im Mittel“ nur einen Teil des Effizienzpotenzials. Maßnahmen zum energieoptimalen Betrieb und zur Steuerung von Maschinen und Anlagen unter Berücksichtigung der Energieeffizienz und weiterer Zielkriterien in situationsbezogener Gewichtung müssen dies ergänzen. Ziel der beantragten Forschergruppe ECOMATION ist es daher, Methoden zur Energieeinsparung durch Automatisierung für die Fertigungstechnik zu entwickeln. Durch situationsoptimales Ansteuern von Komponenten in maschinennahen Energieregelkreisen wird der Verbrauch der einzelnen Maschine minimiert. In maschinenfernen Energieregelkreisen auf Leitebene werden die Planung optimiert, Verlustherde in Anlagen und Fabriken identifiziert und Verbesserungsmaßnahmen eingeleitet. Als Grundlage für die Maßnahmen zur Effizienzsteigerung werden der von den Komponenten und dem Fertigungsverfahren verursachte Energieverbrauch, die Aufteilung in Nutz- und Verlustanteil und Möglichkeiten zur Beeinflussung des Energieverbrauchs analysiert und in Modelle überführt. Um Messdaten handhabbar und aussagefähig zu machen und Vorhersagen zu ermöglichen, wird eine im Bereich der Fertigungstechnik neuartige Modellierungstechnik entwickelt. Es werden Methoden entwickelt, um Verbrauch und Effizienzressourcen auf Basis der Maschinensignale per Software und unter minimalem Einsatz von Zusatzsensorik zu erfassen. Das Bild zeigt den Informationsfluss in einer Produktion mit ECOMATION in zwei Maschinennahen und zwei Maschinenfernen Energieregelkreisen.

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Bild 1: Struktur der Forschergruppe 1088 “ECOMATION”
Bild 1: Struktur der Forschergruppe 1088 “ECOMATION”

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Ziel von TP 5 ist es, durch Energieverbrauchsmessungen und Untersuchung der physikalischen Wirkpfade den Einfluss unterschiedlicher Verfahren, Prozessabläufe und Prozessparameter auf den Energieverbrauch der Werkzeugmaschine zu untersuchen. Die Forschergruppe beschränkt sich hierbei auf spanende Verfahren und insbesondere auf das Fräsen und Drehen. Durch Kenntnis der Wirkzusammenhänge werden effektive Stellgrößen zur Einflussnahme auf den prozessbedingten Energieverbrauch identifiziert. Sie liefern die Basis zur Erarbeitung einer Systematik von Eingriffsparametern für die Minimierung des Energieverbrauchs. Der Maschinennutzer erhält Bewertungskriterien zur Beurteilung der Energieeffizienz von Prozessen, Maschinen und Komponenten an die Hand. Die experimentelle Untersuchung der Energieaufnahme und die Identifizierung von Möglichkeiten der Einflussnahme auf Prozess- und Verfahrensebene liefern der Forschergruppe Verbrauchscharakteristiken und Daten für Teilprojekt TP 1 und Randbedingungen für TP 4. Die gewonnenen Erkenntnisse werden aggregiert und in allgemeingültige Modelle umgesetzt. Daraus abgeleitete effektive Einflussmöglichkeiten auf den Energieverbrauch dienen der Erschließung von Effizienzressourcen durch Automatisierung in TP 2 und TP 3. Strategien zur Verbrauchsminimierung von Werkzeugmaschinen über Verfahrensumstellungen und Verbesserung prozessnaher Hilfsprozesse, Komponenten und Werkzeuge werden ebenfalls abgeleitet. Eine Abschätzung der Übertragbarkeit der Ergebnisse auf andere Prozesse und Verfahren erweitert den Rahmen der Erkenntnisse mit Blick auf deren Allgemeingültigkeit.

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Bild 2:  Einbindung des Teilprojekts 5 in die Forschergruppe
Bild 2: Einbindung des Teilprojekts 5 in die Forschergruppe

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Bild 3:  Bilanzräume bei der Untersuchung des Energieverbrauchs von WZM
Bild 3: Bilanzräume bei der Untersuchung des Energieverbrauchs von WZM

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Interner LinkDipl.-Ing. Steffen Braun

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o. Prof. Dr.-Ing. Alexander Verl
Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen (ISW)
Seidenstraße 36
70174 Stuttgart
Deutschland

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