Steinbeis-Teams stellen am Innovationstag Mittelstand erfolgreiche ZIM-Projekte vor
Der Innovationstag Mittelstand war auch dieses Jahr ein Anziehungsmagnet: Rund 1.800 Besucher kamen nach Berlin, um sich über 200 Neuheiten aus Forschung und Entwicklung mittelständischer Unternehmen und Forschungseinrichtungen anzusehen. Den Projekten allen gemein: Sie wurden im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) oder aus Mitteln des BMWi-Programms Industrielle Gemeinschaftsförderung (IGF) gefördert. Unter den mehr als 300 Ausstellern waren auch das Steinbeis-Innovationszentrum Systemlösungen in Mess- und Automatisierungstechnik aus Mannheim sowie das Steinbeis-Innovationszentrum Anwendungsorientierte Material-, Fertigungs- und Prozeßtechnik aus Jena. Die beiden Steinbeis-Teams präsentierten jeweils eines ihrer erfolgreichen ZIM-Projekte.
Die Reinigungsergebnisse von Anlagen der Lebensmittel- und Chemieindustrie werden stets kritisch hinterfragt. Das hat das Steinbeis-Innovationszentrum Systemlösungen in Mess- und Automatisierungstechnik gemeinsam mit der Wiedenbauer Apparatebau AG sowie der Versuchsund Lehranstalt für Brauerei in Berlin (VLB) e.V. dazu veranlasst, eine prozesssichere Reinigungsmethode zu entwickeln, die den Reinigungsprozess vollautomatisch ausführt. Das Projekt erhielt eine finanzielle ZIM-Förderung. Das Ergebnis der gemeinsamen Entwicklung ist eine mobile Mini-CIP (Cleaning in Place)-Reinigungsanlage. Mit Hilfe ihrer flexiblen Normanschlüsse ermöglicht sie die automatisierte Reinigung von Produktionsanlagen und Anlagenbereichen, die nicht in bestehende Reinigungskreisläufe integriert werden sollen oder können.
Verfahrenstechnisch realisiert das Projekt-Team die CIP-Regime in Form der sogenannten „verlorenen Reinigung“: Die einzusetzenden Reinigungslösungen werden auf der Basis von Konzentraten in einem 150 Liter-Vorlagegefäß mit Prozesswasser ausgemischt, in den Reinigungskreislauf gebracht und nach Abschluss des jeweiligen CIP-Regimes entsorgt. Die Steuerung der einzelnen Reinigungsschritte ist manuell oder in Form eines zeitlich vorformulierten Reinigungsprotokolls möglich. Eine Meldung am Display der Mini-CIP-Anlage zeigt an, falls der gewünschte Reinigungsgrad nicht erreicht wurde. Optional kann die Anlage vernetzt werden, damit die Reinigungsergebnisse auf dem Server oder auf einem USB-Stick gespeichert werden. Das Herzstück der entwickelten Reinigungsanlage ist der vom Steinbeis-Team entwickelte Sensor, der den Reinigungsgrad der Anlage feststellen kann. Anhand der Referenzlösung bestimmt der Sensor die Restverschmutzung durch Organik. Diese Referenzlösung kann ihre Farbe bei den unterschiedlichen Reinigungsergebnissen ändern: gelb stellt eine starke Verschmutzung dar, grün zeigt eine geringe Verschmutzung an, bei violetter Lösung liegt keine Verschmutzung vor. Die Messeinrichtung ist mit einem Weißlicht (LED) ausgestattet, das das Medium in der Messkammer bestrahlt. Anschließend wird das modulierte Licht über einen RGB-Sensor aufgenommen, diese Werte werden in einem Mikrocontroller erfasst und in den HSV-Farbraum übertragen. Von dort gehen die Daten analog an die speicherprogrammierbare Steuerung.
Das Steinbeis-Innovationszentrum Anwendungsorientierte Material-, Fertigungs- und Prozesstechnik nahm sich in seinem vorgestellten Projekt der Energiewende an: Sie führt dazu, dass inzwischen ein steigender Bedarf von kleingewerblichen Herstellern, Landwirten und Privatpersonen für die Anschaffung von regenerativen Energieerzeugungsanlagen vor allem für den Eigenenergiebedarf besteht.
Für kleine Windkraftanlagen wird dabei in diversen Studien ein großes Marktpotenzial gesehen. Mangelhafte Qualität, hohe Investitionskosten und eine fehlende Standardisierung der Anlagen sind derzeit aber noch in vielen Fällen ein K.-o.-Kriterium gegen den Kauf. Solaranlagen sind durch teils fragwürdige Maßnahmen im Ausland und durch die massive Kürzung der Subventionen in Deutschland in den letzten Jahren in starke Schwierigkeiten geraten. Kleinwindkraftanlagen für die kleingewerbliche und private Nutzung hingegen profitieren von einem starken Marktwachstum, das teilweise auch international stark gefördert wird. Mittlerweile gibt es daher zahlreiche Hersteller, die sich auf die Entwicklung und Produktion von Kleinwindkraftanlagen spezialisiert haben und diese in einem harten Wettbewerb vermarkten. In Abgrenzung dazu müssen Lösungen für qualitativ überzeugende Kleinwindkraftanlagen gesucht werden, die auch halten, was die Hersteller versprechen. Eine Schlüsselkomponente dieser Energieerzeugung ist die Generatoreinheit. Am Markt gibt es bislang verschiedenste Varianten sowohl mit Asynchronmotoren als auch mit Synchronmotoren. Dabei zielen alle Generatoren auf die Realisierung eines hohen Energieertrages bei geringer Drehzahl oder eines möglichst weitgehenden Leistungsbereiches mit relativ hohem Wirkungsgrad ab. Insbesondere bei Kleinwindkraftanlagen könnten daneben mit einem großen Dämpfungspotenzial Drehmomentstöße ausgeglichen werden, die regelmäßig durch Windböen verursacht werden. Generatorkonzepte, die über einen weiten Drehzahlbereich an den jeweiligen Rotor anpassbar sind, lassen sich in der Praxis aber nur sehr schwer umsetzen. Bislang handelt es sich bei den Generatoren meist um Bauteile mit relativ großen geometrischen Abmessungen, die zusätzlich sehr schwer sind. Grund genug für das Steinbeis-Team in Jena gemeinsam mit der ate antriebstechnik und entwicklungs gmbh & Co. KG die Entwicklung eines Spezialgenerators für Kleinwindkraftanlagen verschiedenster Bauarten anzugehen.
Der entstandene Generator kann entsprechend dem zur Verfügung stehenden Bauraum geometrisch angepasst werden. Das Projekt-Team verkleinerte die Abmessungen und reduzierte das Gewicht signifikant gegenüber bestehenden Generatoren. Der Spezialgenerator liefert bereits im geringen Drehzahlbereich bei geringen Windstärken einen hohen Energieertrag. Im Prüfstand wurden im Vergleich wesentlich höhere Leistungswerte gemessen. Der Praxistest in Kleinwindkraftanlagen läuft derzeit noch. Mit dem Marktpreis wollen die Kooperationspartner nicht mit Billigprodukten konkurrieren, sondern sich über qualitative Aspekte abgrenzen und mit einer kurzen Amortisationszeit für die kleingewerblichen und privaten Anwender möglichst interessant sein. Ergebnis des Projekts: Ein Generator für horizontalen und vertikalen Betrieb, der im Gesamtwirkungsgrad signifikant verbessert wurde und mit seinen Werten überzeugt:
- geringe Massenträgheit des Rotors (Anlauf bei Windstärken ab 0,3 bis 0,5 m/s),
- Energieerzeugung bei Windgeschwindigkeiten ab 2 m/s (in Abhängigkeit vom Rotor)
- integrierte Sensorik zur Erfassung des Drehmoments und zur automatisierten Abschaltung der Anlage
- Drehzahl von 0 bis 150 U/min, in Abhängigkeit vom Rotor und dem WKA-Typ
- Temperaturbereich -40 bis +100°
- wartungsarm/-frei und rastmomentarm
- minimale Geräuschentwicklung
- Leistung von 1 bis 10 kW skalierbar
- ca. 1.000 Euro/KW
Kontakt
Jan Koltermann
Steinbeis-Innovationszentrum Anwendungsorientierte Material-, Fertigungsund Prozeßtechnik (Jena)
Rüdiger Jung
Steinbeis-Innovationszentrum Systemlösungen in Mess- und Automatisierungstechnik (Mannheim)