Produktion der Zukunft

E hoch 3 in der Fabrik

Energie- und Ressourceneffizienz ist eines der Fraunhofer-Themem auf der HMI.

Die Produktion der Zukunft ist energie- und ressourceneffizient in einer weitgehend emissionsneutralen Fabrik unter ergonomischer Einbindung des Menschen in die Produktionsabläufe. Erste Ansätze für die E3-Fabrik zeigen Fraunhofer-Forscher vom 8. bis 12. April auf der Hannover Messe.

Welche neuen Herstellungsverfahren werden benötigt, um Material und Strom einzusparen? Wie müssen Produktionsabläufe und Fabriken gestaltet sein, damit Leistungsfähigkeit und Arbeitszufriedenheit sichergestellt werden können? Welche Ansätze gibt es, um Emissionen zu vermeiden? Erste Ideen und Lösungen für die effiziente, emissionsneutrale und ergonomische Fabrik der Zukunft stellen Wissenschaftler auf dem Fraunhofer-Gemeinschaftsstand vor. Mit der E3-Fabrik überwinden die Forscher bisher bestehende technologische Grenzen und schaffen neue Produktionssysteme sowie neue Organisationsformen. Dabei gehen sie über die reine Fertigung und Montage von Produkten hinaus. Vielmehr berücksichtigen sie den Prozess der Produktentstehung, von der strategischen Produktplanung über die Entwicklung bis hin zur Produktionssystementwicklung.

Wichtige Ansatzpunkte, um den Wirkungsgrad einer Produktion zu optimieren, sind Ausschuss zu vermeiden und Nacharbeit zu reduzieren sowie Prozesse zu verbessern und Prozessketten zu verkürzen. Beispiel Solarzellen-Fertigung: Forscher des Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart arbeiten daran, das Handling der empfindlichen Zellen zu optimieren. Dabei spielt die präzise Aufnahme und Ablage der Zellen eine wichtige Rolle, um Schäden an den spröden und bruchgefährdeten Siliziumscheiben zu vermeiden.

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Für eine energie- und ressourceneffiziente Produktion müssen viele Fertigungsverfahren optimiert oder sogar ausgetauscht werden. So lassen sich etwa spanende Produktionsmethoden durch Umformprozesse ersetzen. Das spart Material, Energie und Zeit. Beim Kaltwalzen von Laufverzahnungen für Getriebe wird zum Beispiel bis zu einem Drittel weniger Material benötigt und die Herstellungszeit halbiert sich. Forscher des Fraunhofer Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik in Chemnitz setzen auf inkrementelle Blechumformung. Dabei werden die gewünschten Bauteile nach CAD-Daten ohne großen Aufwand für Formen mittels einfacher konstruierter Werkzeuge gefertigt.

Die ressourcenschonende Fertigung stellt eine Möglichkeit dar, in Zeiten knapper Rohstoffe wirtschaftlich zu arbeiten. Fraunhofer-Forscher denken aber schon weiter: Ihr Ziel ist es, ganz ohne den Einsatz neuer Rohstoffe zu produzieren. Sie setzen auf Ressourcen-Gebrauch statt Verbrauch. Das erfordert jedoch konsequentes Recycling. Indem Sekundärrohstoffe in Kaskaden immer weiterverwertet und in den Produktionsprozess zurückgeführt werden, lassen sich enorme Mengen an natürlichen Ressourcen einsparen.

Angesichts steigender Strompreise wird Energiesparen für produzierende Unternehmen zunehmend wichtiger. Doch dazu müssen die Firmen zunächst exakt erfassen, wie viel Strom die einzelnen Prozessschritte bzw. Maschinen benötigen. Experten des Fraunhofer-Institut für Angewandte Informationstechnik FIT in St. Augustin bei Bonn haben ein System entwickelt, mit dem sich ¿ basierend auf den Prozessschritten in einer Produktionsstraße ¿ der Verbrauch ermitteln lässt. Wie das funktioniert, zeigen die Forscher auf der Messe am Beispiel einer Fertigungsstraße in der Automobilindustrie.

Sinnvoll ist es auch, Prozesse auf ihre Wechselwirkungen zu vor- und nachgelagerten Prozessen hin zu analysieren und Energiekreisläufe einzurichten. So kann zum Beispiel an die Umgebung abgegebene Wärme in nachfolgenden Arbeitsschritten ¿ etwa zum Trocken ¿ oder zur Stromproduktion genutzt werden. Solche kürzeren und vernetzten Prozessketten, helfen den Energieverbrauch zu senken. Der deutlich geringere Bedarf lässt sich aus regenerativen Energiequellen gewinnen.

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