GESCHÄFTSFELD

ENERGIE

F R A U N H O F E R - I N S T I T U T F Ü R P R O D U K T I O N S T E C H N I K U N D A U T O M AT I S I E R U N G I PA

Qu

elle

: ©za

pp

2ph

oto

– s

tock

.ad

ob

e.co

m

ENERGIE – ERFOLGSFAKTOR DER PRODUKTION VON MORGEN

Nach der Reform des »Erneuerbare-Energien-Gesetz« (EEG)

wurden Ziele und Rahmenbedingungen neu definiert. Wirt-

schaftliche Gesichtspunkte rücken zunehmend in den Vorder-

grund und die energiepolitischen Kompetenzen sind neu

geordnet worden. Die Erhaltung der industriellen Wertschöp-

fungsketten und der Arbeitsplätze müssen sichergestellt

werden. Um sich gegen die harte Konkurrenz aus Fernost in

allen Produktionsbereichen behaupten zu können, muss der

technologische Vorsprung ausgebaut werden.

Daher ist neben den politischen Maßnahmen auch die Aus-

schöpfung der produktionstechnischen Potenziale von enormer

Wichtigkeit und von außerordentlicher Wirkung für viele indus-

trielle Prozesse. Wurde bislang die Energieerzeugung dem

Energiebedarf angepasst, so muss in Zukunft auch der umge-

kehrte Weg gegangen werden: Energie nutzen, wenn sie zur

Verfügung steht. Für Unternehmen ergibt sich aus dem Para-

digmenwechsel eine neue Herausforderung. Neben höheren

Anforderungen an die Energieeffizienz muss auch die Energie-

flexibilität der Prozesse bzw. der Fabrik erhöht werden. Ener-

giewirtschaftliche Themen werden die Produktionstechnik zu-

nehmend beschäftigen.

Lösungsansätze des Fraunhofer IPA

Mit der optimalen Kombination aus Erfahrung, produktions-

technischem Know-how und Methodenkompetenz gestaltet das

Fraunhofer IPA die Industrie von morgen am Standort Europa

energieoptimiert und attraktiv mit. Wir erforschen und ent-

wickeln effizienzsteigernde Lösungen und Planungsmethoden

in unterschiedlichen Bereichen wie bspw. Automatisierung,

Fabrikgestaltung und Infrastrukturplanung, Oberflächen- und

Materialtechnik, Reinheitstechnik sowie Fertigungs- und

Prozesstechnik.

Schwerpunkte unserer Arbeiten sind Produktions- und Automati-

sierungslösungen für Speichersysteme, Konzepte und Lösungen

zur Energieeffizienz und -flexibilität in der Produktion sowie

Engineeringdienstleistungen im Bereich der Windenergie. Daher

stehen im Geschäftsfeld Energie die Zukunftsthemen Batterie-

produktion und Smart Energy in Production im Mittelpunkt.

Neben der Nutzung von Einsparpotenzialen und der intelligen-

ten Energieverteilung versprechen unsere Neuentwicklungen

aus dem Bereich der Speichertechnologien eine Vielzahl von

Einsatzmöglichkeiten in der Intralogistik, der Mobilität, bei

Consumer-Produkten und in Maschinen.

Ein weiteres Fokusthema ist die Erhöhung der Verfügbarkeit

von Windenergie durch gezieltes Qualitäts- und Risiko-

management in der Entwicklungs- und Produktionsphase.

In Forschungs- und Entwicklungsprojekten befähigen wir

unsere Kunden Instandhaltungskosten im Windenergie-

Bereich zu reduzieren.

Sie möchten den Energieverbrauch Ihrer Fabrik optimieren?

Oder die Wirtschaftlichkeit bei der Energieerzeugung erhöhen?

Wir freuen uns auf Ihre Kontaktaufnahme!

Zukünft ig wird e ine nachhalt ige und ressourcenschonende Produkt ion die industr ie l len Prozesse in Europa

best immen. Hierzu zählt auch ein verantwort l icher Umgang mit Energie, sowohl bei der Bereitste l lung als

auch beim Verbrauch von Energie.

2

Qu

elle

: ©za

pp

2ph

oto

– s

tock

.ad

ob

e.co

m

MATERIALIEN UND BESCHICHTUNG

– Elektrodenbeschichtung

– Charakterisierung von Basismaterialien für elektrische

Speicherzellen (Analytik & Lackphysik)

– Elektrochemische Untersuchungen

– Synthese, Funktionalisierung und Dispergieren von

Nanomaterialien für Elektroden

– Herstellung von Elektroden für Energiespeicher

– Evaluierung von Produktionsprozessen und Nanomaterialien

– Entwicklung multifunktioneller Oberflächen

– Galvanische Beschichtungen für die Energietechnik

– Integration von Industrie 4.0 – Technologien in den

Beschichtungsprozess

PRODUKTION UND QUALITÄT

– Technische Risikoanalysen in Entwicklungsphasen und

Produktionsprozessen

– Auslegung und Steuerung reiner Fertigungen

– Hochgeschwindigkeits-Videoanalysen

– Reinheitsgerechte Handhabungslösungen

– Nachhaltige Entwicklungsprozesse

– Analyse, Planung und Optimierung des Materialflusses

– Seilroboter für Großstrukturen

– Bearbeitungstechnologien für Rotorblätter

– Spanende Bearbeitung mit Industrierobotern

– Mobile Inspektions- und Wartungsroboter

– Bildgebende Verfahren zur Qualitätsprüfungen

– Prozessdatenerfassung und datengetriebene

Prozessoptimierung

– Intelligente Fertigungssteuerung durch Digitalisierung

FABRIKPLANUNG UND

PRODUKTIONSMANAGEMENT

– Produktionsoptimierung in der Energiewirtschaft

– Analyse und Steigerung der Energieeffizienz in der

Produktion

– Schlankes Auftragsmanagement

– Lean Indirekt /Gesamt-Lean Implementierung

– Wertschöpfungsnetze /Supply Chain Management

– Effizienz und Flexibilisierung

– Auslegung und Integration von Speichersystemen zur

Erhöhung der Energieflexibilität und -qualität

– Digitaler Schatten der Fabrik und Echtzeit-Optimierungen

AUFBAU VON WISSENSPEICHERN –

ENERGIEEFFIZIENZ

– Steigerung der betrieblichen Energieproduktivität

– Einführung von Energiemanagementsoftware

– Durchführung von Energieaudits und Einführung von

Energiemanagementsystemen

– Energiepolitik, -strategie und -finanzierung

– Intelligente Stromnetze für Unternehmen /Smart Grid

– Marktpotential- und Wettbewerbsanalysen für Energieeffizi-

enztechnologien

– Energieeffizientes Galvanisieren

– Energieeffizienz durch galvanische Beschichtungen

– Konstruktiver Leichtbau zur Steigerung der Energieeffizienz

– IT-Plattformen zur flexiblen Vernetzung von Produktion und

Software

– Digitale Lösungen zur Adaption der Produktion an volatile

Energieversorgung

UNSERE KOMPETENZEN IM ÜBERBLICK

U N S E R E D I E N S T L E I S T U N G E N F Ü R I H R E N F O R T S C H R I T T

3

4

BATTERIEPRODUKTION

Die Batterieproduktion ist eines der Leitthemen am Fraunhofer

IPA. Die Entwicklung und Erforschung von praxisorientierten

Lösungen für Batterien und Kondensatoren von morgen in

unserem Zentrum für digitalisierte Batterieproduktion steht

dabei im Mittelpunkt.

Schwerpunkte bilden Technologien zur Herstellung von Elek-

trodenmaterialien und deren Applizierung auf dem jeweiligen

Kollektor. Bei der Zellmontage stehen Handhabung, Automati-

sierungslösungen und technische Sauberkeit im Fokus. Darüber

hinaus werden digitale Werkzeuge als systemische Lösungen

für den gesamten Produktionsprozess zur wirtschaftlichen und

technischen Optimierung der einzelnen Prozesse entwickelt.

Die Überführung von neuen Speicherkonzepten vom Techni-

kum hin in die industrielle Produktion bringt große technische

und ökonomische Herausforderungen mit sich. Hier bieten wir

unseren Kunden individuelle Systemlösungen, die sich an den

spezifischen Bedürfnissen orientieren und zu maximalen Kosten-

einsparungen und einer Optimierung der Ressourceneffizienz

führen.

PRODUKTIONSTECHNIK

– Elektrodenbeschichtung und -herstellung

– Entwicklung von Automatisierungslösungen für die

Zellassemblierung

– Entwicklung von IT-Funktionalitäten zur für die Fertigungs-

steuerung und Fertigungsoptimierung

PRODUKTIONSPLANUNG

– Erstellung von Planungsunterlagen für die Werkstruktur bis

hin zu Layout-Darstellungen

– Erstellung von technischen Risikoanalysen von der Fertigung

bis zur Lieferantenkette

– Planung von reinheitsspezifischer Prozessautomatisierung

R E F E R E N Z P R O J E K T

»FastStorageBW II«

Auf bis zu drei Milliarden Euro in den nächsten vier bis

sechs Jahren schätzen Experten das Marktpotenzial für die

neue Speichertechnologie, die im Projekt »FastStorageBW«

entsteht. Unter Federführung des Fraunhofer IPA arbeiten

in diesem Projekt baden-württembergische Unternehmen

und Forschungseinrichtungen an einem Stromspeicher, der

die Vorteile von Batterien und Kondensatoren vereint.

Phase zwei von »FastStorageBW« begann Anfang 2015

und ist auf eine Laufzeit von drei Jahren angelegt. Das

Projekt wird vom Land Baden-Württemberg mit 25 Mio

Euro gefördert.

»Industrie 4.0-Technologien sind der Erfolgsfaktor für die wirtschaftliche Produktion von Hochleistungsbatterien im europäischen Wirtschaftsraum.« Dipl.-Ing. Joachim Montnacher | Geschäftsfeldleiter Energie

6

SMART ENERGY IN PRODUCTION

Produzierende Unternehmen stehen in einem dynamischen

und globalen Wettbewerb und sind ständig gezwungen ihre

Wertschöpfung zu optimieren. Mit wachsendem Kostendruck

wird der Faktor Energie zu einem wesentlichen Stellhebel bei

der Reduktion der Produktionskosten. Dadurch eröffnen sich

Vorteile im globalen Wettbewerb.

Das Fraunhofer IPA entwickelt und erforscht Lösungen zur

Steigerung der Energieeffizienz und Energieflexibilität sowie

zur Verbesserung der Versorgungsqualität. Im Mittelpunkt

steht hier vor allem die Schaffung von automatisierten und

nachhaltigen Lösungen in gegenwärtigen als auch in digitali-

sierten Produktionsumgebungen von morgen.

ENERGIEEFFIZIENZ

Wir arbeiten seit vielen Jahren an effizienzsteigernden Lösungen

(z. B. in der Fabrikgestaltung, Oberflächen-, Roboter- und

Maschinentechnik) sowie an Planungs-, Steuerungsmethoden

und Automatisierungstechnik:

– Energiedatenerfassung und -bewertung

– Energiewertstromdesign

– Gestaltungsrichtlinien zur Steigerung der Energieeffizienz in

der Produktion

– Total Energy Efficiency Management und Energiemanage-

ment mit MES (Manufacturing Execution Systems)

– Energieeffiziente Produktionsplanung und -steuerung

– Fluiddynamische Simulationen zur systematischen

Optimierung von Lackieranlagen

– Oversprayfreier Lackauftrag zur drastischen Reduktion des

Einsatzes konditionierter Luft

– Systemische Optimierung von Lackmaterial und Prozess-

technik zur Senkung der Einbrenntemperaturen

ENERGIEFLEXIBILITÄT

Auch die Entwicklung von technischen und organisatorischen

Lösungen zur Steigerung der Energieflexibilität steht in unserem

Fokus. Hier werden die Zukunftsthemen Micro Smart Grid,

energieflexible Produktion und Energiespeicherung mit Blick

auf die industrielle Nutzbarkeit untersucht:

– Potentialanalyse hinsichtlich Flexibilität und Vernetzung

– Produktions- und Energiedatenerfassung

– Energetische und digitale Vernetzung der Produktion durch

eine sogenannte »Unternehmensplattform«

– Entwicklung energieflexibler Produktionsplanung /-steuerung

– Einbindung von Energiespeichern in die Produktion

– Einbindung lokaler Energieerzeugung am Standort

– Entwicklung digitaler Schnittstellen zu den Energiemärkten

– Innovative Versorgungsstrategien (Nutzung von Gleich-

spannung (DC), Sektorkopplung von Energieformen)

REFERENZPROJEKTE

»SynErgie« | »Kopernikus«

Energie aus erneuerbaren Ressourcen ist nicht immer ver-

fügbar. Im Projekt wird untersucht, wie Prozesse und Betriebs-

organisationen so gestaltet werden, dass sich der Energie-

verbrauch flexibel an das volatile Energieangebot anpasst.

DC-INDUSTRIE

Die Abkehr von der Wechsel- hin zur Gleichspannung eröff-

net enorme Effizienzvorteile und Energieeinsparungen. Ziel

ist die bedarfsorientierte Verteilung von Energie innerhalb

der Produktion mit einem Höchstmaß an Energiewiederver-

wendung und der Minimierung von Wandlungsverlusten.

Wir entwickeln Methoden für die Planung und Einführung

des industriellen Mikro DC Smart Grid.

»Unser Ziel ist, dass Unternehmen die Energie dann nutzen, wenn sie verfügbar ist. Dafür wollen wir ihnen Strategien und Werkzeuge an die Hand geben.« Prof. Dr.-Ing. Alexander Sauer | Bereichsleiter Ressourceneffiziente Produktion

8

WINDENERGIE

Windenergieanlagen sind nur beschränkt zugänglich. Bei Aus-

fällen von Komponenten führt dies zu einer aufwendigen und

kostenintensiven Reparatur und damit auch zu einem ver-

ringerten Einsatz der Anlagen. Eine intensive Qualitätsplanung,

technisches Risikomanagement, die Prozess- und Fabrikplanung

und der optimale Materialeinsatz bilden Stellschrauben zur

Steigerung der Wirtschaftlichkeit. Mit der Kombination aus

produktionstechnischem Methodenkompetenz und Know-how

befähigen wir unsere Kunden geforderte Funktionalitäten ab-

zusichern und die Instandhaltungskosten im Betrieb durch

Minimierung der Serviceeinsätze zu reduzieren.

QUALITÄTS- UND RISIKOMANAGEMENT

Im Rahmen des Qualitäts- und Risikomanagement von Wind-

anlagen müssen die Risiken der Lieferanten systematisch er-

hoben und unter Berücksichtigung von eigenen Montage-

risiken bewertet werden. Unser Ziel ist die Reduzierung der

Fehlerkosten in der Montage sowie die Reduzierung der

Service-Kosten im Offshore-Feld:

– Technisches Risikomanagement in der Entwicklungsphase

– Technische Risikoanalyse des Produktionsprozesses

PROZESS- UND FABRIKPLANUNG

Das Fraunhofer IPA berät bei der Auftragsabwicklung sowie

bei Prozess- und Fertigungsabläufen. Angefangen bei der

Fabrik- und Logistikplanung bis hin zur Optimierung von

Informationsflüssen unter Einbeziehung produktionsnaher

IT-Systeme. Wir unterstützen unsere Kunden bei der Identifi-

kation und Umsetzung von Verbesserungspotenzialen:

– Wertschöpfungsnetze /Supply Chain Management

– Seilrobotor für die Handhabung von Großstrukturen

– Mobile Inspektions- und Wartungsrobotor

REINHEITSTECHNIK

Angepasste Sauberkeit ist auch in der Fertigung und Montage

von Windkraftanlagen qualitätsentscheidend:

– Ursachenforschung und Schadensanalytik an unter-

schiedlichen Komponenten

– Unabhängige, normgerechte Bauteilsauberkeitsanalysen

– Analyse und Optimierung der sauberkeitskritischen

Montageprozesse

REFERENZPROJEKTE

Obwohl die Wälzlager moderner Offshore-Windkraftan-

lagen gigantische Dimensionen haben, spielt auch hier die

Partikelsauberkeit im Bereich weniger hundert Mikrometer

eine zentrale Rolle. Funktion und Langlebigkeit dieser Bau-

gruppen können nur sichergestellt werden, wenn bei der

Montage die notwendige Sauberkeit gewährleistet wird.

Das Fraunhofer IPA hat in der Vergangenheit namhafte

Hersteller von Windkraftanlagen bei der Erarbeitung von

Sauberkeitsspezifikationen für deren Zukaufteile unterstützt

und im Rahmen der Qualitätssicherung die messtechnische

Partikelanalyse von Serienteilen in den Referenzlaboren für

Technische Sauberkeit durchgeführt.

»Ein defektes Lager in einer Offshore-Windkraft-anlage ist ein Millionenschaden, deshalb spielt die Technische Sauberkeit der Bauteile in der Montage eine wichtige Rolle.« Dr.-Ing. Markus Rochowicz | Gruppenleiter Reinheitstechnik

Qu

elle

: ©m

alp

–sto

ck.a

do

be.

com

10

Forschung und Entwicklung

Das wichtigste Tätigkeitsfeld der Fraunhofer-Gesellschaft ist

die Auftragsforschung. Das Leistungsangebot richtet sich an

die Wirtschaft sowie an Staat und Gesellschaft. Industrie- und

Dienstleistungsunternehmen jeder Größe profitieren von der

Auftragsforschung. Für kleine und mittlere Unternehmen ohne

eigene FuE-Abteilung ist Fraunhofer ein wichtiger Lieferant für

innovatives Know-how. Für unsere Kunden aus Unternehmen

entwickeln und optimieren wir Technologien, Verfahren und

Produkte bis hin zur Realisierung von Prototypen und Kleinserien.

Durch die flexible Vernetzung der Kompetenzen und Kapazi-

täten werden die Institute auch sehr umfassenden Projekt-

anforderungen und komplexen Systemlösungen gerecht.

Studien und Analysen

Wir beraten unsere Auftraggeber bereits im Vorfeld einer

Entwicklung durch:

− Maßgeschneiderte Studien

− Machbarkeitsuntersuchungen

− Marktbeobachtungen

− Trendanalysen

− Wirtschaftlichkeitsberechnungen

− Potentialanalysen

Beratung und Begleitung

Wir unterstützen unsere Kunden bei der Einführung neuer

Technologien in den Betrieb.

− Erprobung in Laboren mit modernster Geräteausstattung

− Schulung der beteiligten Mitarbeiter in Seminaren oder

vor Ort

− Usability-Dienstleistungen, z. B. Engineering;

Beratung und Planung bei der benutzerorientierten

Aus richtung von Entwicklungsprozessen

− Serviceleistungen, auch nach Einführung neuer Verfahren

und Produkte

Zertifizierung

Im Rahmen von Forschungs- und Entwicklungsdienstleistungen

können Sie auch die Dienste unserer Prüfeinrichtungen in An-

spruch nehmen und sich die Einhaltung verbindlicher Normen

bestätigen lassen.

Fraunhofer ist d ie größte Forschungsorganisat ion für anwendungsor ient ierte Forschung in Europa. Wir

s ind kreat iv, wir gesta l ten Technik, wir entwerfen Produkte, wir verbessern Verfahren, wir eröffnen neue

Wege. Wir erf inden Zukunft . Unsere Forscher und Entwickler b ieten e in umfangreiches Leistungsportfol io,

das fundiert in seiner langjährigen Zusammenarbeit mit Wirtschaft und öffentl icher Hand aufgebaut wurde.

ZUSAMMENARBEIT MIT FRAUNHOFER

T E C H N I S C H E A U S S T A T T U N G U N D L A B O R E

Lackiertechnikum

Energie-Labor

Synthese- und Reaktorpark

Zentrum für digitalisierte Batterieproduktion

Galvanik-Labor

Rein- und Sauberräume

Vision Lab

Modellfabrik für funktionale Beschichtungen

Applikationszentrum Industrie 4.0

Robotik-Versuchsfeld

Future Work Lab

Virtual Fort Knox

IHRE ANSPRECHPARTNER

Dipl.-Ing. Joachim Montnacher

Geschäftsfeldleiter Energie

Telefon +49 711 970-3712

joachim.montnacher@ipa.fraunhofer.de

Prof. Dr.-Ing. Alexander Sauer

Bereichsleiter Ressourceneffiziente Produktion

Telefon +49 711 970-3600

alexander.sauer@ipa.fraunhofer.de

Kontaktanfragen an:

Telefon +49 711 970-3712

energie@ipa.fraunhofer.de

Fraunhofer-Institut für

Produktionstechnik und Automatisierung IPA

Nobelstraße 12

70569 Stuttgart

www.ipa.fraunhofer.de

Institutsleitung

Prof. Dr.-Ing. Thomas Bauernhansl

www.ipa.fraunhofer.de/energie

072017044