Energetisches Re-Design in der Elektronikfertigung

In der Gebäude- und Fabrikautomation kommt den gesammelten Prozess- und Energiedaten eine große Bedeutung zu. Unternehmen, die hier Einsparungen erzielen möchten, müssen schließlich genau wissen, wie der aktuelle Stand der Dinge ist. Wo genau wird in der Fabrikhalle zu viel Energie verbraucht, weil Maschinen unnötigerweise im Stand-by-Modus laufen? Wo brennt das Licht auch nach Schichtende? Und warum verschlechtert sich die Qualität der gespritzten Teile plötzlich? Ein Mitarbeiter, der dies in puncto Strom, Wärme und Kälte genau erfahren möchte, ist Dr. Till Potente. Der promovierte Elektrotechniker, Leiter des Bereichs Operations and Sustainability bei Phoenix Contact Electronics, geht am Unternehmensstandort Bad Pyrmont gemeinsam mit dem dortigen Facility Management gezielt auf die Suche nach entsprechendem Verbesserungspotenzial. Er fokussiert sich auf Maßnahmen, die zu effizienteren Abläufen führen und damit die Nachhaltigkeit des Standorts weiter optimieren. Wenn Strom, Wärme und Kälte als Dreiklang verstanden werden, erschließt sich sofort, weshalb sich die Effizienz am besten im Verbund steigern lässt. Letztendlich soll selbst das genutzt werden, was am Ende eines Prozesses an Energie übrigbleibt und normalerweise verloren geht. Anhand von Wärmeverlusten wird der Ansatz schnell greifbar.

Energie aus Abwärme gewinnen

Produktionsprozesse erzeugen aufgrund von Wirkungsgradverlusten der eingesetzten Technik stets Wärme. Darüber hinaus gibt es klassische thermische Herstellungsverfahren, die ebenfalls Wärme an ihre Umgebung abgeben. Dies geschieht zum Beispiel, wenn Komponenten nach dem energieintensiven Spritzgießen oder Lötverfahren wieder abkühlen. Diese Energie möchte Till Potente zielgerichtet in Räume und Verfahren mit einem Wärmebedarf überführen. "Wir ernten Energie", fasst der Betriebsleiter seine Aktivitäten zusammen.

Gerade mit Blick auf den Krieg in der Ukraine sowie der damit einhergehenden Gasknappheit lohnt es sich immer mehr, sogar kleine Wärmemengen zu akkumulieren. "Phoenix Contact ist irreversibel auf der grünen Welle unterwegs", stellt Till Potente fest, denn das Unternehmen verfolgt seit Jahren das Ziel des nachhaltigen Handels, um das Klima und die Umwelt zu schonen. Durch den veränderten Blick auf die Abhängigkeit fossiler Brennstoffe mit entsprechend hohen Preisen sowie die Begrenzung der Erderwärmung erweist sich die grüne Welle als mächtig. Die Folge: Solarenergie wird im Vergleich zu fossilen Energieträgern stetig wirtschaftlicher und die Motivation zur Rückgewinnung von Energie nimmt zu. Es rechnet sich also, die einmal erzeugte Energie so lange wie möglich im System zu halten. Für die Ernte eignen sich die großen Lösungen, beispielsweise zentrale Wärmerückgewinnungsanlagen, aber nicht mehr. "Wir benötigen zahlreiche kleine Systeme direkt an den Fertigungslinien", sagt Potente. Diese neue Kleinteiligkeit erfordert allerdings mehr Vernetzung und Integration der Produktionseinheiten. "Die fertigenden Unternehmen haben es hier mit Zusammenhängen zu tun, die sich ohne Digitalisierung nicht beherrschen lassen."

Datenerfassung schnell installieren und einfach in Betrieb nehmen

Dr. Till Potente macht sich bei Phoenix Contact auf den Weg, Energie in der Produktion zu ernten. © Phoenix Contact

Wer effizienter arbeiten möchte, sollte die eingefahrenen Produktionsabläufe und das dafür verwendete Anlagenlayout kritisch analysieren. Der Zeitpunkt für eine umfangreiche Reorganisation ist in einem der Produktbereiche am Standort Bad Pyrmont gut gewählt, da dort einige Verlagerungen anstehen. "Diese Chance nutzen wir, um beim Umbau der Anlage ohne nennenswerte Zusatzkosten ein energetisches Re-Design durchzuführen", berichtet Potente. Die Grundlage für die Prozessveränderungen bildet auch in diesem Fall eine Datenbasis, die hohe Transparenz hinsichtlich der Einzelabläufe, Energieflüsse und gegenseitigen Wechselwirkungen schafft. Dazu kommt eine nachrüstbare Lösung zum Erfassen der Energiedaten zur Anwendung.

Bei allen Aktivitäten gilt es, gewinnbringende Informationen aus den gesammelten Daten zu ziehen. Diese zeigen unter anderem die Wechselwirkungen innerhalb verketteter Teilprozesse mit gegenseitigen Abhängigkeiten auf. In der Digital Factory in Bad Pyrmont setzen Till Potente und sein Team die selbstentwickelte Data Collection Box zur Datenerfassung ein. Sie kann Daten von einer beliebigen Sensorik sowie unterschiedlichen Bussystemen in der Feldebene aufnehmen und weiteren Systemen zugänglich machen. Das Herzstück der Box bildet eine PLCnext-Steuerung, mit der sich einerseits Daten in Echtzeit erfassen und andererseits komplexe Rechenoperationen auf einem Gerät abarbeiten lassen. Für die Anbindung der Sensorik sorgt das Axioline-Bussystem, das eine individuelle Buskonfiguration erlaubt, die anschließend automatisch in Betrieb genommen wird. Das trägt wiederum zu einer hohen Flexibilität in Bezug auf zukünftige Erweiterungen in der Datenaufnahme bei.

Die Lösung funktioniert so gut, dass Phoenix Contact sie mittlerweile in verschiedenen Funktionsausprägungen zur Messdatenerfassung verkauft. Anwender erhalten so ein individuelles Plug-and-Play-System, das sich durch einen geringen Installationsaufwand auszeichnet und einfach in bestehende Anlagen integrierbar ist. Bei der nachfolgenden Inbetriebnahme müssen dann lediglich die relevanten Einstellungen vorgenommen werden, sofern diese nicht bereits durch verfügbare Vorkonfigurationen ausgeführt worden sind.

Energieeffizienz älterer Maschinen bewerten

Mit der Data Collection Box hat Phoenix Contact eine Lösung entwickelt, die sich einfach für die Messdatenerfasssung nachrüsten lässt. © Phoenix Contact

Im Pyrmonter Projekt erfolgt das Sammeln der Energiedaten minimalinvasiv im Bereich der Energieeinspeisung von Maschinen oder Handarbeitsplätzen. "Die Data Collection Box wird einfach zwischen die Einspeisung und die Applikation gesteckt", erläutert Daniel Fiedler, Manager Test Engineering am Standort Bad Pyrmont. Aufgrund dieses Vorgehens muss keine neue Zertifizierung – zum Beispiel im Hinblick auf die CE-Kennzeichnung – realisiert werden. Die nachrüstbare Datenerfassungslösung eröffnet die Chance, vor allem Maschinen älteren Baujahrs aus dem Blickwinkel der Energieeffizienz zu bewerten. In der Elektronikfertigung wurde beispielweise eine ältere Lötanlage mit der Box ausgestattet, um Energieströme zeitabhängig zu ermitteln. Die gewonnenen Daten eignen sich ferner als Basis für Investitionsentscheidungen. Außerdem bieten sie sich als Entscheidungshilfe für ein wirksames Lastmanagement an.

Insbesondere in puncto Wärme werden die Aktivitäten am Standort Bad Pyrmont richtungsweisend für die gesamten Phoenix Contact-Gruppe sein. Auf dem Weg zu mehr Klimaschutz ist das Verbrennen von Erdgas keine Option. Diese Aussage findet ihre Bestätigung darin, dass die gasbetriebenen Blockheizkraftwerke in Bad Pyrmont nach Auskunft von Frank Schröder, Leiter des Facility Managements am Standort, sukzessive vom Netz gehen werden. "Die Anlagen bekommen anschließend den Status einer Notfallreserve und unterstützen uns als Redundanz dabei, komplett auf eine eigene klimaneutrale Energieversorgung umzustellen", sagt Schröder. Er denkt hier in erster Linie an Strom aus Photovoltaikanlagen und die Beteiligung an örtlichen Windparks. "Bei allen ambitionierten Maßnahmen für mehr Nachhaltigkeit in der Produktion besteht die Prämisse des wirtschaftlichen Handelns weiterhin", merkt Till Potente an. Wie sich diese Voraussetzung angesichts von Klimaschutz, begrenzten Energieressourcen und Rohstoffknappheit umsetzen lässt, bleibt eine spannende Frage.

Thorsten Sienk

Hannover Messe, Halle 9, Stand F40