Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Energie und Ressourcen sparen

26.04.2010
Rohstoffe und Energie werden knapper und teurer – deshalb produzieren Firmen immer energie-effizienter und ressourcensparender.

Dass dies möglich ist und dass sich dabei sogar noch die Qualität steigern und Geld sparen lässt, zeigen Fraunhofer-Forscher für die Herstellung von so unterschiedlicher Produkten wie Tondachziegeln, Stahl und farbigen Kunststoffen. Entscheidend dabei ist die Überwachung des Produktionsablaufes mit bildverarbeitenden sowie mit optischen Systemen. Die Verfahren stellen Experten der Fraunhofer-Allianz Vision vom 4. bis 7. Mai 2010 auf der Messe Control 2010 in Stuttgart (Halle 1, Stand 1502) vor.

Dachziegel haben viel auszuhalten. Über Jahrzehnte hinweg sind sie im Winter dem Frost und im Sommer der Sonnenhitze ausgesetzt und müssen dabei Temperaturschwankungen zwischen etwa minus 30 bis zu plus 80 Grad Celsius überstehen. Dabei sollen sie von außen wasserdicht sein, aber von innen Wasserdampf durchlassen. Und sie sollen auf der Dachfläche exakt an- und ineinander passen. Blasen, Abplatzer oder Pressfehler müssen deshalb bei der Produktion vermieden werden.

Inline-3-D-Prüfung von Tondachziegeln

Möglich macht das ein optisches 3-D-Prüfsystem, das Forscher am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart entwickelt haben. Es prüft die aus Ton gepressten Dachziegel, die auf einem Förderband Richtung Brennofen transportiert werden, mit Hilfe eines Lichtschnittsensors und einer Farbkamera. Dabei werden Oberflächen-, Farb- und Formfehler erfasst und anhand einer Auswertesoftware farbcodiert auf einem Bildschirm dargestellt. So lassen sich Defekte schon vor dem Brennvorgang erkennen. Das spart Energie und Ressourcen – die aussortierten Dachziegel werden wieder zermahlen, in die Tonmasse zurückgeworfen und können neu geformt werden.

Das Prüfsystem ist noch dazu schnell. Derzeit dauert es wenige Sekunden, bis ein Dachziegel geprüft ist. ?Nun arbeiten wir daran, die 3-D-Prüfung komplett an den Produktionstakt anzupassen?, sagt Ira Effenberger vom IPA, ?das heißt, ein Dachziegel pro Sekunde?.

Energie sparen bei der Stahlherstellung

Ein Drittel des weltweit produzierten Stahls kommt aus elektrisch betriebenen Schmelzöfen, in denen Metallschrott mit starken elektrischen Strömen und den dabei entstehenden Lichtbögen aufgeschmolzen wird. Dieser heiße und staubige Prozess gehört zu den energieintensivsten Produktionsverfahren überhaupt. 450 kWh elektrischer Energie sind nötig, um nur eine Tonne Stahl herzustellen. Das entspricht etwa dem Verbrauch eines Ein-Personen-Haushalts in Deutschland pro Vierteljahr.

?Dabei könnten Stahlproduzenten bis zu sieben Prozent der eingesetzten Energie einsparen?, sagt Dr. Kai Degreif vom Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM in Freiburg, das gemeinsam mit den Lech-Stahlwerken, dem VdEh-Betriebsforschungsinstitut und dem Anlagenbauer SMS Siemag in einem vom Bundesforschungsministerium geförderten Projekt ein Verfahren zur Optimierung der Stahlproduktion in Elektroschmelzöfen entwickelt hat.

STROMBOLI heißt das Messsystem, benannt nach einem aktiven Vulkan im Süden Italiens. STROMBOLI setzt dort an, wo während des Schmelzprozesses etwa 30 Prozent der gesamten eingesetzten Energie verloren gehen – nämlich beim Abgas, das aus dem Ofen abgeführt wird, und das typischerweise große Mengen unverbranntes Kohlenmonoxid (CO) enthält. ?Wenn man die Konzentration dieses Kohlenmonoxids im Abgas analysiert und darauf abgestimmt gezielt Sauerstoff, O2, zusetzt, führt das zu einer Nachverbrennung von Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid, also zu CO2, ohne die Stahlqualität zu beeinträchtigen?, erklärt der Wissenschaftler. Dabei wird Wärmeenergie frei, mit der die Schmelze geheizt werden kann – das hilft wiederum, teure elektrische Energie zu sparen.

Das Messsystem, das in den Lech-Stahlwerken im bayerischen Meitingen getestet wurde, saugt das Gasgemisch über der Schmelze ab und bestimmt dann mit Hilfe eines Laser-Spektrometers die Konzentration von CO, CO2 und O2 – und zwar so schnell, dass jederzeit genau die richtige Menge Sauerstoff zugegeben werden kann, die zur optimalen Verbrennung notwendig ist. Die sensible Optik des Gasanalysators wird mit einer eigens entwickelten Spülung vor Staub geschützt.

?Das Verfahren zeigt?, betont Kai Degreif, ?dass die Verbesserung besonders energieintensiver Prozesse hilft, Ressourcen zu sparen, und zugleich einen enormen Beitrag zum Klimaschutz leisten kann?. Forscher des IPM möchten nun mit weiteren Industriepartnern das Messsystem weiterentwickeln und an andere energieintensive Prozesse anpassen.

Farbmessung an Kunststoffgranulaten

Hochwertige Kunststoffe, aus denen zum Beispiel Kunststoffgewebe oder Arbeitsflächen für Küchen hergestellt werden, müssen über große Chargen hinweg farbkonstant sein. Um das zu gewährleisten, muss das Ausgangsmaterial, das Kunststoffgranulat, schon während seiner Herstellung ständig auf die richtige Farbe hin überprüft werden. Bislang werden dazu aus dem Granulat immer wieder Messplättchen geformt, die dann spektroskopisch untersucht und mit der ?Sollfarbe? eines Referenzplättchens verglichen werden. Weicht die Farbe zwischen den Plättchen ab, müssen bei der Herstellung des Granulats, bei dem Kompoundierungs-Prozess, entsprechend viele Farbpigmente dazu gemengt oder wieder herausgenommen werden. 30 bis 45 Minuten dauert es, bis so ein Kontrollplättchen produziert und untersucht worden ist. ?Das ist eine relativ lange Zeit?, sagt Kai-Uwe Vieth vom Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB in Karlsruhe. ?Währenddessen läuft die Granulatproduktion jedoch weiter und es entsteht möglicherweise eine Menge Ausschuss?.

Um dies zu vermeiden, haben er und seine Kollegen vom IOSB zusammen mit der Firma ROC GmbH in Münster das Messsystem ColorControl entwickelt. Damit lässt sich die Farbe des Kunststoffes gleich direkt am Granulat messen – und das automatisch innerhalb von nur etwa zwei Minuten. Das spart Ressourcen und Energie. Die Farbe an einer Handvoll Granulat zu bestimmen ist jedoch schwierig. Denn die Körner sind nicht eben, außerdem kommt es in Schatten und Randbereichen zu Farbabweichungen. Deshalb wird das Granulat auf einem Messtisch unter einer geschlossenen Halbkugel geprüft, in der es homogen beleuchtet wird. Wie mit einer Zeilenkamera wird das durchgeschobene Material dort spektral abgetastet und abgelichtet. An dem Bild, das dabei von dem Granulat entsteht, werden dann automatisch die Bereiche ausgewertet, die eine zuverlässige Farbinformation enthalten. Weicht der gemessene Farbwert vom ?Sollwert? ab, müssen bei der Kompoundierung Pigmente zugefügt oder abgezogen werden.

Das ColorControl-System zur Messung von Farbdifferenzen bei der Kunststoffherstellung am Granulat wurde in umfangreichen Messserien erprobt und ist bereits bei mehreren Kunststoffherstellern im Einsatz.

Diese und weitere Mess- und Prüfsysteme mit Bildverarbeitung für die Qualitätssicherung in der Produktion präsentiert die Fraunhofer-Allianz Vision in Halle 1, Stand 1502.

Allgemeine Informationen: Regina Fischer,
Telefon +49 9131 776-530
vision@fraunhofer.de
Fraunhofer-Allianz Vision
Am Wolfsmantel 33
91058 Erlangen

Marion Horn | Fraunhofer-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.vision.fraunhofer.de
http://www.fraunhofer.de/veranstaltungen-messen/messen/control.jsp

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Messenachrichten:

nachricht Boden – Grundlage des Lebens / Bodenforscher auf der Internationalen Grünen Woche
16.01.2018 | Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ

nachricht EMAG auf der GrindTec 2018: Kleine Bauteile – große Präzision
11.01.2018 | EMAG GmbH & Co. KG

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Messenachrichten >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

• Prototypen-Test im Lufthansa FlyingLab
• LYRA Connect ist eine von drei ausgewählten Innovationen
• Bessere Kommunikation zwischen Kabinencrew und Passagieren

Die Zukunft des Fliegens beginnt jetzt: Mehrere Monate haben die Finalisten des Mode- und Technologiewettbewerbs „Telekom Fashion Fusion & Lufthansa FlyingLab“...

Im Focus: Ein Atom dünn: Physiker messen erstmals mechanische Eigenschaften zweidimensionaler Materialien

Die dünnsten heute herstellbaren Materialien haben eine Dicke von einem Atom. Sie zeigen völlig neue Eigenschaften und sind zweidimensional – bisher bekannte Materialien sind dreidimensional aufgebaut. Um sie herstellen und handhaben zu können, liegen sie bislang als Film auf dreidimensionalen Materialien auf. Erstmals ist es Physikern der Universität des Saarlandes um Uwe Hartmann jetzt mit Forschern vom Leibniz-Institut für Neue Materialien gelungen, die mechanischen Eigenschaften von freitragenden Membranen atomar dünner Materialien zu charakterisieren. Die Messungen erfolgten mit dem Rastertunnelmikroskop an Graphen. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Forscher im Fachmagazin Nanoscale.

Zweidimensionale Materialien sind erst seit wenigen Jahren bekannt. Die Wissenschaftler André Geim und Konstantin Novoselov erhielten im Jahr 2010 den...

Im Focus: Forscher entschlüsseln zentrales Reaktionsprinzip von Metalloenzymen

Sogenannte vorverspannte Zustände beschleunigen auch photochemische Reaktionen

Was ermöglicht den schnellen Transfer von Elektronen, beispielsweise in der Photosynthese? Ein interdisziplinäres Forscherteam hat die Funktionsweise wichtiger...

Im Focus: Scientists decipher key principle behind reaction of metalloenzymes

So-called pre-distorted states accelerate photochemical reactions too

What enables electrons to be transferred swiftly, for example during photosynthesis? An interdisciplinary team of researchers has worked out the details of how...

Im Focus: Erstmalige präzise Messung der effektiven Ladung eines einzelnen Moleküls

Zum ersten Mal ist es Forschenden gelungen, die effektive elektrische Ladung eines einzelnen Moleküls in Lösung präzise zu messen. Dieser fundamentale Fortschritt einer vom SNF unterstützten Professorin könnte den Weg für die Entwicklung neuartiger medizinischer Diagnosegeräte ebnen.

Die elektrische Ladung ist eine der Kerneigenschaften, mit denen Moleküle miteinander in Wechselwirkung treten. Das Leben selber wäre ohne diese Eigenschaft...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

18.01.2018 | Veranstaltungen

6. Technologie- und Anwendungsdialog am 18. Januar 2018 an der TH Wildau: „Intelligente Logistik“

18.01.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - März 2018

17.01.2018 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

18.01.2018 | Informationstechnologie

Optimierter Einsatz magnetischer Bauteile - Seminar „Magnettechnik Magnetwerkstoffe“

18.01.2018 | Seminare Workshops

LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

18.01.2018 | Veranstaltungsnachrichten