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GESCHÄFTSFELD
ENERGIE
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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.
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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
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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
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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
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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
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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
Prof. Dr.-Ing. Alexander Sauer
Bereichsleiter Ressourceneffiziente Produktion
Telefon +49 711 970-3600
Kontaktanfragen an:
Telefon +49 711 970-3712
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
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