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Die Ultraeffizienzfabrik im urbanen Umfeld Verlustfrei ... · 01.01.2015 · Mitarbeiterzentrierte...

Date post: 29-Aug-2019
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77
© Fraunhofer IPA, IAO, IGB Die Ultraeffizienzfabrik im urbanen Umfeld Verlustfrei produzieren in lebenswerter Umgebung
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© Fraunhofer IPA, IAO, IGB

Die Ultraeffizienzfabrik im urbanen Umfeld Verlustfrei

produzieren in lebenswerter Umgebung

Dr.-Ing. Jörg Mandel

2

© Fraunhofer IPA 2015

Kennzahlen zum Jahresergebnis 2014

Auf Wachstumskurs

Betriebshaushalt in Mio. € 60,3

Wirtschaftserträge in Mio. € 22,3

Anzahl Mitarbeiter 490

Anzahl wissenschaftliche Hilfskräfte 420

Mitarbeiter der verbundenen

Institute der Universität Stuttgart 181

Promotionen 16

Patentanmeldungen 30

Publikationen 949

(IPA Stuttgart inkl. der Standorte Rostock, Mannheim, Bayreuth, Wien)

3

© Fraunhofer IPA 2015

Entkopplung von Ressourcenverbrauch und Wachstum

Wir werden unsere Ziele nicht erreichen

Bildquelle: BMWi (2011)

Strategische Linien:

Ausbau der Nutzung

von regenerativen

Energiequellen

Dezentralisierung

der

Energieerzeugung

(Smart Grids)

Massive

Verbesserung der

Energieeffizienz

(50 % bis 2050)

D 2050

Ziel der

Bundesregierung

D 2050

Trend

D 2012

D 2013

4

© Fraunhofer IPA 2015

Die Ultraeffizienzfabrik im urbanen Umfeld

Warum Fokus »urbanes Umfeld«

5

© Fraunhofer IPA 2015

Die Ultraeffizienzfabrik im urbanen Umfeld

Umsetzung von Ressourceneffizienz-Maßnahmen

in KMU und ihre Treiber – derzeitiger Stand

Quelle: VDI-ZRE 2011: Umsetzung von Ressourceneffizienz-Maßnahmen

in KMU und ihre Treiber Stand 2011 [Angaben in %]

6

© Fraunhofer IPA 2015

Die Ultraeffizienzfabrik im urbanen Umfeld

Von der Wertschöpfung zur Wertschaffung

7

© Fraunhofer IPA 2015

Das Projekt: Die Ultraeffizienzfabrik im urbanen Umfeld

Projektkonsortium und Inhalte

Definition von Ultraeffizienz

Entwicklung eines Reifegradmodells

Industrielle Best Practices

Visualisierung und Simulation

Weg zur Ultraeffizienz

EFFEKTIVITÄT

EFFIZIENZ

je weniger,

umso besser

je mehr,

umso besser

8

© Fraunhofer IPA 2015

Die Ultraeffizienzfabrik im urbanen Umfeld

Definition Ultraeffizienz

Verlustfrei produzieren in lebenswerter Umgebung

Die Ultraeffizienzfabrik ist ein neuartiger Ansatz, um effizient mit so wenig Material und Energie wie nötig effektiv zu produzieren.

Material und Energie fließen im Kreislauf und dienen immer wieder als Ausgangspunkt der Produktion.

Die anpassungsfähige, emissionsfreie Fabrik sichert ein ökologisches und soziales Umfeld, integriert in die urbane Umgebung.

9

© Fraunhofer IPA 2015

Die Ultraeffizienzfabrik im urbanen Umfeld

Verlustfrei produzieren in lebenswerter Umgebung

Fabrik-Umfeld

Vorgehensmodell

Ausgangssituation - Reifegrad

best practices

Visualisierung

Eff izienz

Optimierung der exist ierenden Systeme

Energiemanagement (Transparenz, Energiewertstrom, Aufbau EE-Programm)

Einbindung und Schulung der Mitarbeiter

Opt imierung Verbrauch der vorhanden Systeme (Beleuchtung, Kühlung/ Heizung, Medien (z.B.

Druckluf t ), Pumpen,….)

Verankerung LCC bzw. TCO in Invest it ionsrechnung und Nutzung von Förderprogrammen

Effekt ivitätEntw icklung neuer Systeme

Schaffen von real t ime Transparenz (Smart Metering,…)

Aufbau dezentraler Energieversorgung (BHKW, Solar, Wind, Geothermie,…)

Nutzung Energierückgewinnung (ORC,…)

Entwicklung bzw. Einsatz neuer Produkt ionstechnologien (Zero Waste, Net

shape, Recycling,…)

Beteiligung an innovat iven Finanzierungsmodellen (z.B. Eff izienz Fond)

Ultraeff izienzHolist ische Vernetzung und Verankerung

Vernetzung der Systeme (Micro Smart Grid,…)

Dezentrale Speichersysteme (PowerCaps, Redox Flow,…)

Verknüpfung Verfahrens- mit Produkt ionstechnologien

Nutzung Energy Harvest ing (Thermoelekt rik,…)

Verankerung neuer Invest ionsrechnungsverfahren (z.B. Real

Opt ions Ansatz,…)

Zeit

Re

sso

urc

en

pro

du

kti

vit

ät

10

© Fraunhofer IPA 2015

Die Ultraeffizienzfabrik im urbanen Umfeld

Aufbau eines Reifegradmodells und eines Leitfadens

11

© Fraunhofer IPA 2015

Die Ultraeffizienzfabrik im urbanen Umfeld

Anwendung „Reifegradmodell“

Umsetzungsempfehlungen

auf Basis von

„best-practices“

(z.Zt. >100 Unternehmen weltweit mit > 500 Einzelbeispielen)

Beispielfundus - Auszug

Installation Energiemanagement

Transparenz, Energiewertstrom, Aufbau EE-Programm, …

Optimierung Verbrauch vorhandener Systeme

Beleuchtung, Kühlung/Heizung, Medien, Pumpen, …

Schaffen von real time Transparenz

smart metering, …

Aufbau dezentraler Energieversorgung

BHKW, Solar, Wind, Geothermie, …

Nutzung Energierückgewinnung

ORC-Technologie, …

Einsatz neuer Produktionstechnologie

zero-waste Ansatz, net shape, Recycling, …

Vernetzung von Systemen

micro smart grid, …

Dezentrale Speichersysteme

power caps, redox flow, …

Verknüpfung Verfahrens- mit Prod.technologie

energy harvesting, Thermoelektrik, …

Anwendung auf das Bewertungsschema

Energie

12

© Fraunhofer IPA 2015

Die Ultraeffizienzfabrik im urbanen Umfeld

Ergebnis „Produktion“

13

© Fraunhofer IPA 2015

Die Ultraeffizienzfabrik im urbanen Umfeld

Ergebnis „Produktion“

14

© Fraunhofer IPA 2015

Ultra-Effizienz - Stufenmodell

Einstieg, Vertiefung, Detail

Ultra-F-Check lite

Ultra-F-Check

Ultra-F-Check professional

15

© Fraunhofer IPA 2015

Die Ultraeffizienz – Detailanalyse

Detaillierte Betrachtung eines Unternehmens in allen Ebenen

Aufnahme von Leistungsdaten

16

© Fraunhofer IPA 2015

Betrachtungs-

ebenen

Handlungs-

felder

Die Ultraeffizienz – Detailanalyse

17

© Fraunhofer IPA 2015

Ultraeffizienz

Energie Material Emission Mensch und Personal Organisation

Beispielsweise,

Energieeffizienz

der Gesamt-

prozesskette

Energieeffizienz

der Maschinen

Verlustfreie

Speicherung von

Energie

Anteil der

regenerativen

Energie erhöhen

Beispielsweise,

Null-Fehler

Produktion

Abfalllose

Produktion

Nachhaltiger

Materialeinsatz

Einsatz

ökologischer

Materialien

Beispielsweise,

Emissionsfreie

Produktion

Emissionsfreie

logistische Prozesse

Emissionsfreie

Produktnutzung

Emissionsfreie

Materialien

Beispielsweise,

Ergonomische

Produktion

Mitarbeiter-

zentrierte

Produktion

Langfristige

Mitarbeiter-

qualifizierung

Beispielsweise,

Schlanke

Produktion

Lernende

Organisation

Selbststeuernde

Organisation

Einheitliches

Zielsystem

Die Ultraeffizienz – Detailanalyse

18

© Fraunhofer IPA 2015

Die Ultraeffizienz – Detailanalyse

Festlegung von Kriterien und Zielen unter Zuhilfenahme eines entwickelten

Kriterienkatalogs

Ableitung von jeweils spezifischen Reifegradmodellen

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© Fraunhofer IPA 2015

Zugriff auf Best-Practice-Datenbank zur Verbesserung des jeweiligen Kriteriums

Die Ultraeffizienz – Detailanalyse

20

© Fraunhofer IPA 2015

Ultraeffizienzfabrik

Nutzen für Ihr Unternehmen

Ausschöpfung des Innovationspotenzials, da über das Bestehende hinaus gedacht wird Innovative Geschäftsmodelle (z.B. produktionsnahe Dienstleistungen)

Ganzheitliche Optimierung der Wertschöpfung

Erarbeitung des Gesamtoptimums über alle Handlungsfelder und Ebenen

Verschwendungsarme Prozesse

Betrachtung des gesamten Fabrik-Produktlebenszyklus

Verbesserung der Wettbewerbssituation

Wissensvorsprung gegenüber der Konkurrenz

Vorteil beim „Ringen“ um Fachkräfte (saubere Fabrik)

Kostenreduktion durch Steigerung der Ressourcenproduktivität

Senkung von Energie- und Materialkosten

Eliminierung von Abfall, Abluft und Abwasser in der Produktion

Soziale Verantwortung

Mitarbeiterzentrierte Fabrik

Vorbereitung auf zukünftige Entwicklungen wie Demographie, Fachkräftemangel und weitere Verstädterung

Einhaltung regulatorischer Richtlinien (z.B. Herstellerverantwortung) Synergien und Symbiosen mit dem urbanen Umfeld

21

© Fraunhofer IPA 2015

Beispiele aus der Praxis

Betriebliche Abwasserreinigung

Ausgangssituation:

2,5 Mio. m³ Abwasser/a; Aufwand von

ca. 4 Mio. kWh für bisherigen Prozess

Instabilität des Prozesses/störanfällig

Produktvorgaben werden nicht erreicht

große Reststoffmengen

Umstellung des technischen Prozesses

(aerob -> anaerob):

Optimale Prozessstabilität

Vermeidung von CO2-Emissionen

4900t/a CO2-Äquivalente

Reduktion Reststoffe um 90% (Kostenreduktion!)

Nebeneffekt: Biogaserzeugung; Nutzung im eigenen

GuD-Kraftwerk;

Wärmerückgewinnung: Einsparung von 32.800.-€/a

(Niedrigtemperaturnutzung)

22

© Fraunhofer IPA 2015

Bezug zur Ultraeffizienz

Prozessebene

Energie

Reduktion Energiebedarf

Material

Produktqualität steigt

Emissionen

Reduzierung der flüssigen und festen

Abfallströme

CO2-Reduktion

Mensch/Personal

Umschulung auf neue Technik

Keine „Feuerwehreinsätze“ mehr vermeidet

Überstunden und Einsätze am Wochenende,…

Organisation

23

© Fraunhofer IPA 2015

Die Ultraeffizienzfabrik im urbanen Umfeld

Kontakt

Dr. Jörg Mandel, Fraunhofer IPA

Tel.: 0711 970 - 1980

[email protected]

„Ultraeffizienz“ Umsetzung am Beispiel einer neuen Fertigung

Würth Elektronik Standort Niedernhall

29.09.2015 Seite 1 www.we-online.de

Dr. Klaus Wolfer

07. 10. 2015

März 2015 · Seite 3 www.we-online.de

Die Unternehmensgruppe Würth –

Eine starke Familie

�� Meilenstein 2014 erreicht: 10 Mrd. EUR Umsatz

�� 66.000 Mitarbeiter weltweit

�� Über 400 Gesellschaften in über 80 Ländern

�� Familienunternehmen seit 1945

März 2015 · Seite 4 www.we-online.de

��Standard & Multilayer ��Starrflex��Microvia HDI ��Signalintegrität ��Embedding��Wärmemanagement��Drahtbonden��Printed Polymer

Die Würth Elektronik Unternehmensgruppe

Intelligent Connecting Systems

Intelligente Systeme

EMC & Inductive Solutions

Elektronische & Elektro-mechanische Bauelemente

Circuit Board Technology

Leiterplatten

�� Powermanagement��Signalübertragung��Steuerungen��Anzeige- & Bedienfelder��Steckverbinder-Technologie SKEDD

�� EMC Komponenten��Kondensatoren��Induktivitäten��HF-Induktivitäten und LTCC-Bauteile��Transformatoren�� Bauelemente für Schaltungsschutz�� Power Module��LEDs�� Steckverbinder�� Schalter & Taster�� Stromversorgungselemente in Einpresstechnik��Sicherungshalter und Verbindungstechnik

527 Mio. Euro Umsatz & 7.500 Mitarbeiter in 2014

www.we-online.deMärz 2015

Würth ElektronikCircuit Board Technology

Leiterplattenfertigung

29.09.2015 Seite 2 www.we-online.de

Ausgangsprodukt

Kupferkaschiertes, glasfaserverstärktes Epoxidharz

Man unterscheidet

• Doppelseitige Leiterplatte (DS)

• Multilayer (mehrere Lagen verpreßt) (ML)

Komplexe Fertigung

29.09.2015 Seite 3 www.we-online.de

Doppelseitige Leiterplatte

54 Einzelprozesse, davon 36 Nassprozesse

Abwasseranfall: 130 – 160 l/m² Leiterplatte

10 lagiger Multilayer

114 Einzelprozesse, davon 72 Nassprozesse

Abwasseranfall: 300 – 350 l/m² Leiterplatte

Materialfluss und Personaleffizienz

29.09.2015 Seite 4 www.we-online.de

Alte Fertigung:

Jeder Prozessschritt mit Ein- und Ausstapler

Transport von Linie zu Linie mit Transportwagen

Steuerung der Anlagen nach Vorgaben aus Begleitpapieren

durch die Mitarbeiter

Zwischenkontrolle durch Mitarbeiter

Prozessparameter werden 1 – 3 x pro Tag analytisch

überprüft

Materialfluss und Personaleffizienz

29.09.2015 Seite 5 www.we-online.de

Neue Fertigung:

Prozessschritte über die gesamte Abteilung vernetzt

Vorgaben für die Maschinen kommen aus dem System

Jeder Fertigungsnutzen ist mit einem Data Matrix Code

gekennzeichnet

Kamera liest DMC, holt das Rezept aus dem

Fertigungssteuerungssystem und steuert so jeden

Prozessschritt spezifisch

Prozesse werden über physikalische Kenngrößen geregelt

und der Analysenaufwand auf ein Mindestmaß begrenzt.

Ziel: 1 Analyse pro Prozessschritt pro Woche

Ergebnis Quick Check durch Fraunhofer Institute

29.09.2015 Seite 6 www.we-online.de

2

1

3

2 0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

Energie

Material

Emission

Prozess Optimierung

Auswertung Prozesse

Energieeffizienz

29.09.2015 Seite 7 www.we-online.de

Kältekonzept

Freie Kühlung (Kühlturm)

Kühlung durch Brunnenwasser

Erhöhen der Vorlauftemperatur um 6 bzw. 12 °C

Energieeffizienz

29.09.2015 Seite 8 www.we-online.de

Wärmekonzept

Blockheizkraftwerk

Wärmerückgewinnung (WRG) aus Kompressoren

WRG aus Kühlpressen

WRG aus der Abluft

Prozessheizung direkt mit Gas oder Warmwasserheizung, keine elektrischen Heizungen mehr, wo irgend möglich

Energieeffizienz

29.09.2015 Seite 9 www.we-online.de

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

2010 2011 2012 2013 2014 2015 Plan 2016

kWh/m²

Energieverbrauch pro m² Leiterplatte 2010 – 2014 zu Plan 2016

Materialeffizienz

So viel wie nötig, so wenig wie möglich

29.09.2015 Seite 10 www.we-online.de

• Geregelte Prozesse über physikalische Kenngrößen, wie Leitwert,

pH-Wert, Schallgeschwindigkeit, Dichte, Redoxpotential,

Konzentration (Photometer) usw.

• Keine manuellen Änderungen der Prozesstechnik möglich –

Änderungen nur über Rezeptverwaltung durch den

Prozessverantwortlichen

• Geregelte Wasserzuläufe (Leitwert oder Dosierbehälter),

bedeutet: Keine Ware – kein Wasserverbrauch – siehe Beispiel 1

• Standzeitverlängerung, wo möglich, siehe Beispiel 2

• Recycling, wo möglich, siehe Beispiel 3

• Ersatz durch alternative Prozesstechnik, siehe Beispiel 4

Materialeffizienz

Spülwasserkonzept

29.09.2015 Seite 11 www.we-online.de

Alle Anlagen mit 4-fach Kaskaden

Wasserverbrauch Stand der Technik (WHG 7, Anhang 40): 2,1 – 3,3 l/m²

Konzept WE: 1 – 1,5 l/m²

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

SdT Anhang 40 WE Konzept

l/m²

Materialeffizienz Spülwasserkonzept Beispiel Wirkung der Leitwertregelung

29.09.2015 Seite 12 www.we-online.de

Materialeffizienz Standzeitverlängerung

29.09.2015 Seite 13 www.we-online.de

Standzeitverlängerung in Aktivbädern in der Leiterplattentechnik

kaum möglich

Spülen müssen mindesten 1 x pro Woche neu angesetzt werden.

Ursache der Verschmutzung: Keimwachstum

Neues Verfahren: AGXX - Ziel Standzeitverlängerung Faktor 4

1. Ausbildung eines mikroelektrischen Feldes zwischen den diskreten

Mikroelektroden

2. Entstehung von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) an katalytischen Zentren

durch O2 -Reduktion an AGXX-Kathoden

3. Oxidation (Abtötung) von Mikroorganismen durch Elektronenabgabe an die

redoxaktiven Zentren des Halbleiters (AGXX-Anoden)

Materialeffizienz Standzeitverlängerung

29.09.2015 Seite 14 www.we-online.de

• Kein Einsatz von umweltbelastenden Bioziden

• Keine gesundheitlichen Belastungen

• Sichere antimikrobielle Wirkung bei Kontakt mit allen wässrigen Lösungen

• Wirkprinzip ohne Nanosilber, ohne Silberionen

• Keine Resistenzbildungen

• Kein Energieverbrauch

• Einfaches Nachrüsten bestehender Systeme (Drop-In oder By-Pass)

• Standzeiterhöhung der verwendeten Prozessflüssigkeiten

• Reduktion wartungsbedingter Ausfallzeiten

Materialeffizienz Standzeitverlängerung

29.09.2015 Seite 15 www.we-online.de

Nickelspülen nach 5 Tagen Produktion

Materialeffizienz

Kupfer- und Ätzmittelrecycling

29.09.2015 Seite 16 www.we-online.de

Herkömmliche Technik:

Kupferfreies Ätzmittel (Replenisher)

wird zugegeben, wenn 150 g/l

Kupfer überschritten sind

Anlieferung Replenisher im

Tankwagen

Verbrauchtes Ätzmittel wird

mit dem Tankwagen zur

externen Verwertung gebracht

Materialeffizienz

Kupfer- und Ätzmittelrecycling

29.09.2015 Seite 17 www.we-online.de

Recyclingtechnik:

Kombination aus Flüssig – flüssig

Extraktion und Elektrolyse

Geschlossener

Chemikalienkreislauf

und Rückgewinnung von Kupfer

Materialeffizienz

Kupfer- und Ätzmittelrecycling

29.09.2015 Seite 18 www.we-online.de

1.Extraktion von Kupfer aus der

Ätzlösung

2.Extraktion von Kupfer aus dem

Vorspülwasser

3.Reextraktion von Kupfer aus der

organischen Phase mit

schwefelsaurem Elektrolyten. Im

Bypass wird Kupfer elektrolytisch

abgeschieden

4.Extraktion von Kupfer aus dem

Fließspülwasser (< 0,5 ppm Cu)

1 2 3 4

Die Flüssig – flüssig Extraktion besteht aus 4 Extraktionsstufen

Materialeffizienz

Kupfer- und Ätzmittelrecycling

29.09.2015 Seite 19 www.we-online.de

Das Endprodukt ist

99,99 % reines Kupfer,

was problemlos verkauft

werden kann.

Gewicht der

Kupferplatten: Pro Stück

100-125 kg

Materialeffizienz

Kupfer- und Ätzmittelrecycling

29.09.2015 Seite 20 www.we-online.de

Materialeffizienz

Kupfer- und Ätzmittelrecycling

29.09.2015 Seite 21

www.we-online.de

$ Gewinn aus 1 kg Ätzlösung: 1 €

Ist Verbrauch Ätzlösung pro Jahr:

400000 kg

Einsparung und Ertrag 400000

€/Jahr

Platzbedarf 40 m²

Investition : 600000 €

Amortisationszeitraum: 1,5 Jahre

$

$

$

$

$

Materialeffizienz

Kupfer- und Ätzmittelrecycling

29.09.2015 Seite 22

www.we-online.de

Reduktion Gefahrguttransport 60000 km/Jahr

Reduktion Gefahrgutmenge 825 m³/Jahr

Reduktion CO2 durch entfallenden Transport

40000 kg/Jahr

Materialeffizienz durch alternative Prozesstechnik

Reoxidation von Ätzmedium mit Sauerstoff

29.09.2015 Seite 23

www.we-online.de

Innenlagen der Leiterplatten werden sauer geätzt.

Ätzmedium: Salzsaure Kupferchloridlösung.

Cu + CuCl2 2 CuCl

Reoxidation von Kupfer(I)chlorid zu Kupfer (II)

2 CuCl + 2 HCl + H2O2 2 CuCl2 + 2 H2O

Ätzlinie Beispiel Ätzware

Materialeffizienz durch alternative Prozesstechnik

Reoxidation von Ätzmedium mit Sauerstoff

29.09.2015 Seite 24

www.we-online.de

Übliche Oxidationsmittel

• Wasserstoffperoxid 35 oder 50 % Lösung

• Natriumchloratlösung 40 % Einsatz selten - zu teuer

• Chlorgas - Einsatz selten, zu gefährlich

• Ozon - zu teuer, giftig und stark korrosiv

Materialeffizienz durch alternative Prozesstechnik

Reoxidation von Ätzmedium mit Sauerstoff

29.09.2015 Seite 25

www.we-online.de

Vorteile der Reoxidation durch Sauerstoff

Keine gefährlichen Chemikalien –

aus Wasserstoffperoxid lassen

sich Bomben bauen

Keine Gefahr der Chlorgasbildung –

Schutz der Mitarbeiter

Keine Gefahr der Chlorgasbildung –

längere Lebensdauer des Ätzmoduls

Materialeffizienz durch alternative Prozesstechnik

Reoxidation von Ätzmedium mit Sauerstoff

29.09.2015 Seite 26

www.we-online.de

Kosten Sauerstoff, wenn mit PSA –

Generator hergestellt <15 % der

Kosten für Wasserstoffperoxid

Höhere Konzentration von Kupfer im

Ätzmedium möglich – bessere

Konditionen bei der Rückgabe

Vorteile der Reoxidation durch Sauerstoff

Materialeffizienz durch alternative Prozesstechnik

Reoxidation von Ätzmedium mit Sauerstoff

29.09.2015 Seite 27

www.we-online.de

Qualitätsverbesserung durch immer konstante Ätzparameter –

Kein „Sägezahneffekt“ beim Redoxpotential

Redoxpotential mV/Zeit min

Wasserstoffperoxid Sauerstoff

Materialeffizienz durch alternative Prozesstechnik

Reoxidation von Ätzmedium mit Sauerstoff

29.09.2015 Seite 28

www.we-online.de

Sauerstoffreaktor an der Ätzlinie

Emissionsminderung

29.09.2015 Seite 29 www.we-online.de

Abluft aus allen Nassprozessen

Abluftwäscher für saure und alkalische

Prozesse

Regelung:

pH Wert zur Wirkung,

Leitwert zur Absalzung

Lösemittelhaltige Abluft

Reinigung über Biofilter

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit !

29.09.2015 Seite 30 www.we-online.de

Horizon 2020 European Union funding

for Research & Innovation – GA N°636881 Projekt REProMag Resource Efficient Production of Magnets Ressourceneffiziente Herstellung von Permanentmagneten

Prof. Dr. Carlo Burkhardt

Technischer Geschäftsführer

OBE Ohnmacht & Baumgärtner GmbH & Co. KG, Ispringen 1

Horizon 2020 European Union funding

for Research & Innovation – GA N°636881

Die Energiewende ist eine Werkstoffwende…

2 Quellen: www.energyandpolicy.org; www.earthtimes.org; www.wind-energy-the-facts.org; www.homepower.com; www.cleantechnica.com

Horizon 2020 European Union funding

for Research & Innovation – GA N°636881

Die Energiewende ist eine Werkstoffwende…

3 Quellen: www.honda.com; www.bmw.com; www.smart.com; www.toyota.com; www.iisb.fraunhofer.com; www.gizmag.com

Horizon 2020 European Union funding

for Research & Innovation – GA N°636881

Die Energiewende ist eine Werkstoffwende…

4 Quellen: www.elements.geoscienceworld.org; www.telegraph.co.uk; www.spiegel.de

Horizon 2020 European Union funding

for Research & Innovation – GA N°636881

Das Seltene Erden Problem…

5 Quellen: www.altenergystocks.com

Horizon 2020 European Union funding

for Research & Innovation – GA N°636881

Das Seltene Erden Problem…

6 Quellen: www.altenergystocks.com

Horizon 2020 European Union funding

for Research & Innovation – GA N°636881

Das Seltene Erden Problem…

7

Elektromobilität?

Windkraft?

Magnete für die

ganzen „Lifestyle“-

Anwendungen?

Horizon 2020 European Union funding

for Research & Innovation – GA N°636881

Das Seltene Erden Problem…

8 Quellen: www.metaerden.de

Horizon 2020 European Union funding

for Research & Innovation – GA N°636881

Das REProMag Projekt:

100% abfallfreie Herstellung von komplex geformten

Seltenen-Erd-Magneten (Nd-Fe-B) aus Recyclingmaterial

in einem geschlossenen Materialkreislauf

9

Potential der für das Recycling verfüg-

baren Nd-Fe-B-Magneten (allein in D): • Computer/Laptops >60t/a (~10g/Stück)1)

• PKWs (konventionell) >450 t (~1 kg/Stück)2)

• Elektromotoren (Industrie) >30 t (0,05–2 kg/Stück)3)

>500 Tonnen pro Jahr

1) Prof. Dr. Ralf Wehrspohn, Kritikalität Seltener Erden, Fraunhofer Industrieworkshop „Magnetwerkstoffe“ ,Bremen, 19.05.2015 2) F. Meyer, Recycling von Nd aus Nd-Fe-B Magneten in Elektroaltgeräten, HS Hamburg, 16.04.2012 3) M. Buchert, Untersuchungen zu seltenen Erden: Permanentmagnete im industriellen Einsatz in Baden-Württemberg, Stuttgart, 13.11.2013

Ausblick: (Recyclingmengen derzeit (noch) vernachlässigbar)

• Hybrid-Fahrzeuge >10 kg/Stück

• Elektrofahrzeuge >30 kg/Stück

• Windkraftanlagen >600 kg/MW

Horizon 2020 European Union funding

for Research & Innovation – GA N°636881

Das REProMag Projekt:

100% abfallfreie Herstellung von komplex geformten Seltenen-Erd-Magneten

(Nd-Fe-B) aus Recyclingmaterial in einem geschlossenen Materialkreislauf

10

Ni- Beschichtung

(wird abgesiebt)

NdFeB Pulver

Quellen: www.greencarcongress.com; www.reuk.co.uk

Horizon 2020 European Union funding

for Research & Innovation – GA N°636881

Das REProMag Projekt:

100% abfallfreie Herstellung von komplex geformten Seltenen-Erd-Magneten

(Nd-Fe-B) aus Recyclingmaterial in einem geschlossenen Materialkreislauf

11

Nd-Fe-B-Pulver

alternativ: 3D- Druck

Grünteil

Horizon 2020 European Union funding

for Research & Innovation – GA N°636881

Das REProMag Projekt:

100% abfallfreie Herstellung von komplex geformten Seltenen-Erd-Magneten

(Nd-Fe-B) aus Recyclingmaterial in einem geschlossenen Materialkreislauf

12

Nd-Fe-B-Pulver

Horizon 2020 European Union funding

for Research & Innovation – GA N°636881

Das REProMag Projekt:

100% abfallfreie Herstellung von komplex geformten Seltenen-Erd-Magneten

(Nd-Fe-B) aus Recyclingmaterial in einem geschlossenen Materialkreislauf

13

Horizon 2020 European Union funding

for Research & Innovation – GA N°636881

Das REProMag Projekt:

100% abfallfreie Herstellung von komplex geformten Seltenen-Erd-Magneten

(Nd-Fe-B) aus Recyclingmaterial in einem geschlossenen Materialkreislauf

14

SDS Prozess: höhere Maßgenauigkeit komplexere Geometrien = bessere Montierbarkeit = geringere Kosten = bessere Performance (s.u.) = kleinere Abmessung bei gleicher Leistung wie bisher Innenbelüftung möglich = höhere Lebensdauer = höhere Leistung bei Dauerbetrieb mehr Pole möglich = geringeres „Torque ripple“ = höheres Drehmoment = höhere Auflösung bei Stellmotoren

Horizon 2020 European Union funding

for Research & Innovation – GA N°636881

Das REProMag Projekt:

Stand der Technik Fortschritt durch REProMag

Einfache Form oder geringe magne-

tische Leistung (Energieprodukt)

Komplexe Form bei hoher magnetischer

Leistung

Geringe geometrische Präzision Hohe Präzision

Begrenzte Anwendungen aufgrund

geometrischer Einschränkungen

Technologie für neue Anwendungen

Befestigung nur durch Klebstoff oder

komplizierte mechanische Lösungen

Formgebung ermöglicht Integration von

Bohrungen, Gewinden, Halterungen etc.

Thermische Begrenzung in Elektromo-

toren durch Wirbelströme/begrenzten

Wärmetransport

Formgebung/3D-Magnetisierung ermöglicht

neue Konzepte (Hallbach-Arrays) und z.B.

Integration von Kühlkanälen

Standardgeometrien Hoher Individualisierungsgrad

Teure und zeitaufwendige Prototypen

Schneller Proof of Concept, schnelle

Serienumsetzung

Horizon 2020 European Union funding

for Research & Innovation – GA N°636881

Das REProMag Projekt:

Stand der Technik Fortschritt durch REProMag

Abhängigkeit vom Import kritischer

Rohstoffe außerhalb der EU

100% Recyclingmaterial,

Unabhängigkeit von kritischen Rohstoffen

Bearbeitung mit hohem

Energieverbrauch und großer

Abfallmenge

Reduktion des Energieverbrauchs und

Materialverbrauchs aufgrund von

endkonturnahen Geometrien um 30%

Hohe Ausschussrate aufgrund

komplizierter und schwieriger

Formgebungsprozesse

Ansatz mit endkonturnaher Geometrie und

rechnergestützter Modellierung des

Prozesses ermöglicht deutliche

Reduzierung der Ausschussrate während

des Fertigungs- und Montageprozesses

Horizon 2020 European Union funding

for Research & Innovation – GA N°636881

Das REProMag Projekt:

100% abfallfreie Herstellung von komplex geformten Seltenen-Erd-Magneten

(Nd-Fe-B) aus Recyclingmaterial in einem geschlossenen Materialkreislauf

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Laufzeit: 1.1.2015 – 31.12.2017

Budget: 5,7 Mio €uro

Förderquote: 100%

14 Partner aus 5 Europäischen Ländern

OBE Ohnmacht & Baumgärtner

GmbH & Co. KG, Ispringen (D)

University of Birmingham (GB)

Technische Universität Wien (A)

Montanuniversität Leoben (A)

Institut Jozef Stefan Ljubljana (SLO)

National Physics Laboratory Sheffield (GB)

FOTEC GmbH, Wiener Neustadt (A)

Pt+A GmbH, Dresden (D)

Hage GmbH, Obdach (A)

Lithoz, Wien (A)

TEKS s.a.r.l., Montgenèvre (F)

Siemens A.G., München (D)

Sennheiser GmbH & Co. KG, Wedemark (D)

Steinbeis Europa-Zentrum, Karlsruhe (D)

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Das REProMag Projekt:

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Recyclingprozess von

NdFeB

Formgebung der

Magnete

Entbindern, Sintern,

Prozesstechnik

Charakterisierung der mag-

netischen Eigenschaften

Demonstrator-

bauteile

Life Cycle Assessment,

ökologischer Fußabdruck

Feedstock-

technologie

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Das REProMag Projekt:

Derzeitiger Stand:

Feedstocksystem für Spritzguss in Entwicklung

Feedstocksysteme für additive Fertigung in Entwicklung

Erste Metallgrünlinge erfolgreich gedruckt

Erste Nd-Fe-B Magnete aus Recyclingmaterial erfolgreich

spritzgegossen, entbindert und gesintert

Charakterisierung der magnetischen Eigenschaften

der spritzgegossenen Magnete in Arbeit

Erste Daten für Life Cycle Assessment zusammengestellt

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SDS Nd-Fe-B Magnete aus

Recyclingmaterial, gesintert

SDS Metallgrünlinge, 3D gedruckt

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Vorläufiges Fazit:

Wir leisten einen technischen Beitrag zur Verbesserung der Materialversorgung

mit seltenen Erden. Bezüglich des politischen Beitrags greifen wir ein Zitat* auf…

„Zur Erschließung der Seltenen-Erden Sekundärpotenziale aus

Magneten der Industrie (und anderen Anwendungen) ist der Auf-

bau einer europaweiten Recycling-Infrastruktur für Permanent-

magnete zwingend notwendig!“

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* aus der Präsentation

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Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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