Chinas Führung setzt klar auf erneuerbare Energien: Am 22. September 2020 kündigte Chinas Präsident Xi Jinping vor der UN-Vollversammlung an, dass sein Land seine Klimaziele in Zukunft noch höher stecken werde – was eine konsequente Abkehr von fossilen Energieträgern bedeutet. Das chinesische Ziel ist es, den Höhepunkt der CO₂-Emissionen noch vor dem Jahr 2030 und CO₂-Neutralität vor dem Jahr 2060 zu erreichen. Um das zu schaffen, baut China unter anderem Wind- und Solarparks zügig aus. Von 2021 bis 2030 plant die Regierung, jährlich 80 bis 160 Gigawatt Solarkapazität hinzuzufügen. Das bedeutet einen starken Anstieg der Nachfrage nach Solarglas, auf den die Glashersteller reagieren müssen. Allein in China ist die Installation von mehr als 160 Ziehglaslinien speziell für den Solarmarkt geplant. Und das Ausmaß dieser Unternehmung ist beeindruckend: Mit den erzeugten Produkten dieser Anlagen könnte man innerhalb von knapp zwei Jahren ganz Deutschland mit Solarpanels bedecken!

Neue und umgestaltete Produkte im Grenzebach-Ziehglasportfolio

Grenzebach ist auf diese immense Nachfrage gut vorbereitet. Seit Jahrzehnten liefert das Unternehmen Anlagen für die Herstellung von Flachglas. Dabei unterstützt Grenzebach die Glashersteller mit kompletten Produktionslinien vom heißen bis zum kalten Ende und ist – in China, wie auch in anderen Ländern – als zuverlässiger, qualitativ hochwertiger Anbieter, insbesondere von erstklassiger Float- und Ziehglasausrüstung bekannt. Um die steigende Nachfrage nach Solarglas zu befriedigen, wurde das Portfolio für Ziehglas umfassend überarbeitet und mit neuen Technologien um eine state-of-the-art Produktlinie ergänzt. Mit dieser Ziehglas-Produktlinie unterstützt Grenzebach seine Kunden bei der Umsetzung des chinesischen Megaprojekts und der Erfüllung der damit verbundenen Ziele. Der Hintergrund: Für Photovoltaik-Anwendungen wird ultraklares Glas mit hoher Lichtdurchlässigkeit, einer lichtfokussierenden Struktur und geringer Lichtreflexion eingesetzt. Ziehglas wird den Anforderungen deutlich besser gerecht als Floatglas mit seiner unstrukturierten Oberfläche.

Ziehglas wird auch als Walzglas oder Strukturglas bezeichnet, da seine Dicke und Oberflächenstruktur durch ein Rollenpaar definiert wird. Bei diesem Verfahren fließt das geschmolzene Glas aus dem Ofen und staut sich vor diesem Rollenpaar. Die Dicke des Glases wird durch den Schlitz eingestellt, der sich aus dem Abstand zwischen den beiden Rollen ergibt. Eine der beiden Rollen kann dabei eine strukturierte Oberfläche aufweisen – daher Strukturglas (englisch: pattern glass). Für die Herstellung von Solarglas wird eine spezielle Struktur verwendet, damit das in das Modul einfallende Sonnenlicht zur Solarzelle hin fokussiert wird und somit die Effizienz des Moduls erhöht.

Heutzutage werden in neuen und fortschrittlicheren Ziehglaslinien Schmelzöfen mit bis zu 1.200 Tonnen Glasschmelzkapazität installiert. Da die nachfolgenden Prozessschritte eine solche Menge nicht alleine bewältigen können, versorgt jeder Ofen typischerweise mehrere Cold-End Linien.

Innovatives Ziehglaskonzept: Die Technologie wurde durchgehend optimiert

Grenzebach beherrscht dieses Verfahren nicht nur, sondern hat es auch perfektioniert. Die Reputation, die Erfahrung und das Know-how des Unternehmens bilden die Grundlage für ein hochinnovatives Ziehglaskonzept. „Wir haben dem Markt zugehört und aus den Erfahrungen gelernt", erklärt James Shang, CEO von Grenzebach Machinery Jiashan. „So haben wir unsere Ziehglas-Anlagen zu 100 Prozent auf die Bedürfnisse unserer Kunden hin optimiert und richtig dimensioniert.” Dazu gehört ein grundlegend neues Design der Ziehglas-Produktionslinie. Die gesamte Anlage ist auf Leistung, Kosteneffizienz und für die speziellen Anforderungen des chinesischen Solarglas-Marktes ausgelegt.

All diese Anforderungen sind nicht einfach unter einen Hut zu bringen. Der Herstellungsprozess erfordert viel Know-how und Equipment, das absolut zuverlässig arbeitet. Ein Beispiel: Um hochwertiges Basisglas für das Solarmodul zu liefern, müssen die Kanten präzise auf ein bestimmtes Format geschnitten und die Platten anschließend sauber gestapelt werden. Bei Grenzebach können sich die Kunden darauf verlassen, dass alles reibungslos funktioniert. Das Unternehmen liefert sowohl die Heiß- als auch die Kaltend-Technologie – also die komplette Fertigungslinie mit allen Bestandteilen vom Kühlofen über das kalte Ende mit Förder-, Schneid- und Stapeltechnik. Hohe Effizienz und Flexibilität werden durch zuverlässiges Equipment gewährleistet, wie etwa Roboter mit hoher Stapelgenauigkeit. Im Anschluss an die Schneidlinie liefert Grenzebach auch Fördertechnik und Automatisierungstechnik, um das Rohglas zur Weiterverarbeitung zu befördern. In diesem Schritt werden zum Beispiel Kanten geschliffen und für den späteren Einsatz im Solarmodul vorbereitet. Hier zahlt sich die Schnittpräzision wieder aus indem sie die Effizienz und Taktzeit beim Schleifen steigert und die Kosten für teures Schleifmaterial reduziert.

James Shang unterstreicht das gute Standing des Unternehmens auf dem chinesischen Markt: „Wir haben ein wirklich gutes Verhältnis zu allen unseren chinesischen Kunden; wir kennen die Anforderungen des Marktes und freuen uns, unsere Kunden jetzt mit unseren neuen Ziehglaslinien zu unterstützen.”

Eine Vielzahl von Ziehglas-Varianten ist lieferbar

Mit den Ziehglaslinien von Grenzebach sind Glasdicken von 1,5 bis 6 mm möglich. Die hergestellten Glasscheiben reichen von 1.200 mm x 2.400 mm bis 2.650 mm x 2.800 mm – perfekt abgestimmt auf chinesische Solarpanels. Die Kapazität einer Linie variiert üblicherweise zwischen 125 und 300 Tonnen pro Tag.

Die Kundennachfrage ist durchaus beeindruckend: Eine große Anzahl von Anlagen ist bereits bestellt und wird im Laufe des Jahres ausgeliefert. Der erste Kunde hat zwanzig Linien erworben, die im Frühjahr 2021 installiert werden. In der Regel beträgt der Zeitplan der Kundenprojekte, von der Idee bis zur Fertigstellung, etwa acht Monate. Durch Standardisierung und Serienfertigung konnte Grenzebach die Lieferzeiten verkürzen und die Kunden bei ihren ambitionierten Vorhaben noch besser unterstützen. Aber damit ist noch lange nicht Schluss: Grenzebach kümmert sich auch um Wartung und Service, und dies über den gesamten Lebenszyklus der Anlagen. Die Experten vom Grenzebach-Fertigungsstandort in Jiashan nahe Shanghai helfen den chinesischen Anlagenbetreibern dabei, die Ziehglaslinien optimal zu nutzen und sind darüber hinaus in der Lage Ersatzteile kurzfristig zu liefern.

Ein großer Gewinn für die Umwelt

Mit den Solarglaslinien für China trägt Grenzebach nicht nur in großem Umfang zur Nutzung „grüner" Energie bei, sondern hilft auch, zusätzlichen Energiebedarf an anderer Stelle zu vermeiden: Durch die Produktion vor Ort sind weniger Übersee- und Überlandtransporte nötig – und das wiederum bedeutet eine weitere, deutliche Reduzierung klimaschädlicher Emissionen. Damit sind diese Anlagen im besten Sinne des Wortes eine Investition in die Zukunft.

In den 1950er Jahren hatte der britische Ingenieur Sir Alistair Pilkington eine Idee, die die Glasbranche revolutionieren sollte: geschmolzenes Glas auf flüssiges Zinn als Trägermaterial fließen zu lassen. Bis heute bildet dieses „Floaten" – das Zinnbad – die Grundlage der industriellen Flachglasproduktion und ist damit ein entscheidender Qualitätsfaktor. Deshalb wird es bei CNUD EFCO GFT immer nach den Anforderungen des jeweiligen Kunden maßgeschneidert.

CNUD EFCO GFT liefert das komplette Zinnbad mit allem, was dazugehört. Zusammen mit Grenzebach, die CNUD EFCO GFT Ende 2019 übernommen hat, ist die Gruppe nun ein Komplettanbieter "von heiß bis kalt": Vom Zinnbad über den Kühlkanal bis zum Kalten Ende, von der Beschichtungstechnologie bis zum Transport des Endprodukts ins Lager.

Das Zinnbad – endlose Faszination

Das geschmolzene Glas wird dem Zinnbad zugeführt, das flüssiges Zinn unter Schutzgasatmosphäre enthält. Auf dem geschmolzenen Zinn fließt die Glasmasse und wird zu einem endlosen Band geformt. Durch Anpassung der Glasunterseite an die völlig ebene Oberfläche des Zinn und gleichzeitiges Heizen von oben bildet sich ein planparalleles, verzerrungsfreies Glasband von hoher optischer Qualität. Die Glastemperatur sinkt im Zinnbad von 1.050 Grad Celsius am Einlauf auf rund 600 Grad Celsius am Auslauf und das Glas verlässt das Zinnbad geformt und vorgefestigt.

Neue Generation Zinnbad dank Prozesssimulation 

Das Zinnbad von CNUD EFCO GFT wurde auf Basis von Prozesssimulationen in allen Bereichen überarbeitet: vom optimierten Badbodenprofil bis hin zur strömungsoptimierten  Atmosphärenverteilung durch die Haube wurden sämtliche sich auf die Effizienz auswirkenden Faktoren des Zinnbades weiterentwickelt. Das Ergebnis ist ein revolutionäres, auf den Bedarf des Kunden zugeschnittenes Zinnbad mit höchster Ausbeute und Qualität bei gleichzeitiger Einsparung beim Investment und den operativen Kosten.

Dabei gehört das De-Drossing-Pocket am Ende des Zinnbads ebenfalls zu den wichtigen Qualitätsfaktoren: Es ist seitlich angebracht, um die Schlacke zu entfernen, die sich im Auslaufbereich ansammelt. Damit wird verhindert, dass Schlacke an der Unterseite des Glasbands haften bleibt, während es aus dem Zinnbad in Richtung Drossbox gehoben wird.

Das verunreinigte Zinn wird durch einen feuerfesten Kanal geleitet. Die auf dem Zinn schwimmende Schlacke bleibt an einem Wehr hängen, wird aufgestaut und kann abgeschieden werden. Der Antrieb des Systems erfolgt in der Regel über einen Linearmotor, der elektromagnetische Felder und damit eine Strömung in Richtung des De-Drossing-Pocket erzeugt. Alternativ kann auch ein Paddelsystem eingesetzt werden, das den Abkühleffekt im Prozess reduziert – wichtig bei der Herstellung von Spezialglas, wo Kühleintragungen vermieden werden müssen. So trägt das De-Drossing-Pocket immens zur Qualität des Glases bei; ohne es wären Fehler im Endprodukt fast unvermeidlich.

Wo zähflüssiges Glas aus dem Zinnbad gehoben wird: die Drossbox

Die Drossbox ist ein weiterer unverzichtbarer Bestandteil in der Glas-Produktionslinie: Hier wird das auf dem Zinn schwimmende, vorgefestigte und geformte Glas erstmals von drei motorisierten Rollen herausgehoben und an den Kühlofen übergeben. Die Drossbox hat außerdem die wichtige Aufgabe, das Zinnbad atmosphärisch abzudichten. Dies geschieht mit Hilfe von Graphitleisten, die von unten gegen die Rollen, die das Glas fördern, drücken. Oberhalb des Glases wird mithilfe von Vorhängen der Übergang zwischen Zinnbad und Kühlkanal abgedichtet.

Die Drossbox von CNUD EFCO GFT zeichnet sich durch einen besonders hohen Grad an Isolierung aus. Das Ergebnis sind weniger Wärmeverluste und eine bessere, weil homogenere Temperaturverteilung über die gesamte Breite des Glases. Die Temperatur am Randbereich weicht nicht mehr wesentlich von der Temperatur in der Mitte des Glasbandes ab. Das sorgt für eine bessere Glasqualität und verringert das Risiko eines Querbruchs.

Das wichtigste Merkmal der CNUD EFCO GFT Drossbox ist, dass sie besonders dicht ist. Dadurch wird der Sauerstoffeintrag minimiert und damit die Oxidation (Schlacke, Dross) des Zinns verhindert bzw. reduziert. Das ermöglicht eine Reduzierung des Wasserstoffgehalts in bestimmten Bereichen, was wiederum eine erhebliche Betriebskosteneinsparung mit sich bringt. Das Zusammenspiel der Drossbox und des De-Drossing Pocket ermöglicht eine Produktion mit höchster Ausbeute bei reduzierten Betriebskosten.

Effizienz auf neuem Niveau: das kompakte Zinnbad von Grenzebach und CNUD EFCO GFT

Kein Platz wird verschenkt: Das Zinnbad von Grenzebach und CNUD EFCO GFT ist 6 bis 9 Meter kürzer als üblich, da der Kühlbereich im Zinnbad optimiert ist – und bringt dabei die gleiche Ausbeute. Diese Platzersparnis ist vor allem bei Kaltreparaturen entscheidend, um vorhandene Platzverhältnisse optimal nutzen zu können. Auch das maßgeschneiderte Design trägt zur Effizienz bei. Die gewünschte Tonnage, das Dickenspektrum und die Glasqualität: alles wird bei der Auslegung berücksichtigt. So können die Kunden die Produktivität steigern – und zugleich weniger Ressourcen einsetzen.

Die Vorteile auf einen Blick

• Geringerer Investitionsaufwand
  Das kompakte Zinnbad reduziert die Investitionskosten auf ganzer Linie. Ein kürzeres Gebäude, weniger Stahlbau, weniger Platz und weniger Zinn (10-15 Prozent): Das alles summiert sich zu erheblichen Einsparungen.
• Geringere Betriebskosten
  Neben der Anfangsinvestition wird auch der Ressourcenverbrauch beim Betreiben der Anlage reduziert. Weniger Wärmeverluste, weniger benötigtes Inertgas, weniger Verluste durch atmosphärische Leckagen und weniger Glasfehler sowie die kleinere freie Zinnoberfläche: Das sind Vorteile, die Sie über den gesamten Lebenszyklus der Anlage genießen.
• Höhere Produktionskapazität
  Bei einer Kaltreparatur, d.h. bei bestehender Glasanlage und vorhandenem Platz, lässt sich die Tonnage der Glasproduktionslinie erhöhen – Sie produzieren also mehr Glas bei gleicher Zinnbadgröße. Was und wie viel im konkreten Fall machbar ist, wird von uns geprüft und individuell berechnet.

Simulation bildet den gesamten Prozess im Voraus ab

Es ist gut, im Voraus zu wissen, was man bekommt. Deshalb wird das komplette Zinnbad im Vorfeld simuliert, optimiert und mit dem Kunden auf bestmögliche Ergebnisse abgestimmt. Dabei ist es erstmals möglich alle vier Parameter – Atmosphäre, Zinn, Glas und Temperatur – mit ihren gegenseitigen Abhängigkeiten zu simulieren. Auf diese Weise lassen sich wertvolle Erkenntnisse über den Prozess gewinnen, die wiederum in die Entwicklung und Verbesserung der Technologien einfließen. Die Zinnbad-Simulation, ein Meilenstein in der Entwicklung des Zinnbads.

Mit vereinter Kraft zu neuen Synergien

Grenzebach und CNUD EFCO GFT liefern von Beginn an Anlagen für die Produktion und Weiterverarbeitung von industriellem Floatglas. Seit den 90-er Jahren zählen wir zu den Technologie-Innovatoren. CNUD EFCO GFT ist ursprünglich aus dem Zusammenschluss von drei Pionierunternehmen entstanden: CNUD, EFCO und GFT.

• CNUD, Experte für Kühlkanäle, hat seit den Anfängen der Floatglas-Produktion Kühlkanäle geliefert.
• EFCO hat bahnbrechende Arbeit in der Zinnbad-Entwicklung geleistet, mit besonderem Schwerpunkt auf der Zinnbadhaube.
• GFT besitzt Expertise in der Zinnbadtechnologie, aber auch im gesamten Glasherstellungsprozess wie der Medienversorgung und dem Waste Heat Recovery System.

Heute sind weit mehr als die Hälfte aller verbauten Glasscheiben auf Technologie von Grenzebach und/oder CNUD EFCO GFT produziert. Tiefes Prozesswissen und jahrzehntelange Erfahrung können sich noch besser entfalten: Grenzebach und CNUD EFCO GFT schaffen gemeinsam Mehrwert für die internationale Glasindustrie. Gebündelte Kompetenz für die Flachglasherstellung bedeuten innovative Technologien, Vorsprung durch Digitalisierung und energieeffizientes Arbeiten für morgen.

Die Betreiber von Floatglasanlagen produzieren 24 Stunden pro Tag, 365 Tage im Jahr durchgehend. Fördertechnik ist hierbei das verbindende Element in einer Floatglasanlage. Glas sanft und sicher zu transportieren, dafür steht Grenzebach seit jeher. Die neue Fördertechnik-Generation bringt nun noch mehr Dynamik, Zuverlässigkeit und schont zudem Ressourcen – ein großer Schritt in die Zukunft. „Jede Stunde Ausfall und Stillstand kostet die Betreiber von Glasanlagen immenses Geld. Mit unserer neuen Generation erhöhen wir nochmals die Verfügbarkeit der Fördertechnik, es werden signifikant weniger Ressourcen für Ersatzteilhaltung und Wartung benötigt“, unterstreicht Markus Schmid, Senior Manager Mechanical Concept Engineering bei Grenzebach.

Direktantrieb bringt viele Vorteile

Der neu entwickelte Antriebsstrang mit Direktantrieb kommt ohne übliche Riemen und Gelenkwellen aus. Das bringt eine noch höhere Dynamik beim Transport, steigert die Effizienz und senkt zudem die Anforderungen an Ersatzteilhaltung und Wartung. Markus Schmid weiter: „Diese Service-intensiven Bauteile konnten eliminiert werden und gehören für die Fördertechnik nun der Vergangenheit an.“ Der neue Antriebsstrang macht es zudem möglich, sämtliche gängige Motoren zu verwenden. Zur Kraftübertragung an die jeweiligen Tragrollen kommen neu entwickelte Kegelräder zum Einsatz, die nicht nur einen ruhigeren Lauf garantieren – sondern vor allem eine wesentlich genauere Positionierung. Mit dieser Neuerung unterstreicht Grenzebach den Anspruch an schonenden und präzisen Glastransport entlang der ganzen Produktions-Linie.

Jederzeit freier Blick auf Schlüsselkomponenten

Weiteres Novum: Durch die kompakte Bauweise sind alle Bauteile unterhalb des Förderniveaus angeordnet. Der Zugang zum Antriebsstrang wird über eine durchgehende transparente Schutzabdeckung ermöglicht. Das bedeutet jederzeit freien Blick auf die Schlüsselkomponenten, wie Zahnräder und Wellen. Durch das neuartige Quicklock-System ist ein einfacher und schneller Zugriff für Wartungsarbeiten möglich. Die Schutzabdeckung ist dank einer speziellen Kunststoffmischung nahezu unzerbrechlich, langlebig und den rauen Anforderungen bestens gewachsen. 

Jetzt umrüsten und dauerhaft Ressourcen sparen

„Die Vorteile der neuen Fördertechnik-Generation stehen natürlich auch den Betreibern bestehender Glaslinien offen. Als kompetenter Service-Partner rüsten wir Linien so um, dass auch sie davon profitieren“, so Florian Nagler, Head of Customer Service bei Grenzebach. Die Umrüstung eines Antriebs auf die neue Fördertechnik-Generation ist bei entsprechender Vorbereitung in der Regel in weniger als drei Stunden vollzogen. Das ist gut investierte Zeit, die eine dauerhafte und umfangreiche Ersparnis von Ressourcen bringt. Stillstandzeiten durch Wartungsarbeiten entfallen und der Produktionsertrag wird gesteigert. Die Wartungsintervalle und -umfänge sowie Ersatzteilbedarfe werden reduziert.

Impulse und Wünsche von Kunden aufgenommen

Mit ausschlaggebend für die Entwicklung der neuen Fördertechnik-Generation waren Impulse und Wünsche von Seiten der Anwender. „Als Sparringspartner der Branche ist uns ein laufender Austausch zur Optimierung der Technologien genauso wichtig wie optimale Unterstützung im tagtäglichen Geschäft“, unterstreicht Grenzebach-Experte Markus Schmid. Weniger Stillstandszeiten, planbare Wartung und damit geringere Kosten: Mit diesem Fokus unterstützt Grenzebach bei der Weiterentwicklung von Anlagen über den gesamten Lebenszyklus hinweg.

Nächstes Service-Level: die Collaboration App

Um Fragen und Probleme an der Flachglaslinie möglichst rasch direkt vor Ort lösen zu können, steht Grenzebach-Kunden ab sofort die Collaboration App zur Verfügung. Nagler: „Die COVID-19-Pandemie hat uns gezeigt, was auf virtuellen Wegen alles möglich ist. Mit der Collaboration App können wir Kunden auf der ganzen Welt über unsere bisherigen Service-Kanäle hinaus ganz praktische Hilfe direkt an der Anlage leisten.“ Ein weiterer Sprung vorwärts beim Remote-Service, den die Grenzebach-Experten rund um die Uhr für Kunden weltweit zur Verfügung stellen.

Gezielte Hinweise direkt an der Anlage

Zu den Schlüsselfunktionalitäten gehört neben den klassischen Kommunikationswegen per Chat, Audio- oder Videocall auch die Möglichkeit, mittels einer grafischen Live-Annotation gezielte Hinweise und Anmerkungen direkt in die Situation vor Ort mit einfließen zu lassen. „Damit haben wir zukünftig unsere Augen und Ohren direkt an der Anlage unserer Kunden und können so noch umfangreicher, gezielter und besser unterstützen“, so Florian Nagler. Das Einbinden von Smart Glasses sowie das Übermitteln von Daten oder Dokumentation und das Teilen des Bildschirms sind dabei selbstverständlich.

Die Produktion von Glas ist seit jeher mit großem Energiebedarf verbunden. Hauptursache dafür ist der vergleichsweise ineffiziente Glasschmelzprozess mit einem relativ niedrigen energetischen Wirkungsgrad. Ein großer Teil der Verlustenergie befindet sich im Abgas der Glasschmelzwannen. Hier setzen WHR-Anlagen an: Sie nutzen diese Abwärme zum Erzeugen von elektrischer Energie sowie Wärme- und Kälteenergie für Prozess- und Klimatisierungszwecke. „Unser patentiertes Wärmerückgewinnungskonzept hebt sich insbesondere durch verbesserte Effizienz von anderen Technologien ab – ohne dass die Anlagenzuverlässigkeit einer Flachglas- oder Containerglas-Linie vernachlässigt wird“, sagt Dennis Schattauer, Managing Director der GFT GmbH. Die WHR Lösung von Grenzebach und CNUD EFCO GFT trägt dabei ganz besonders zum Erreichen von Klimazielen, zur Ressourcenschonung und zur Kosteneffizienz bei – drei der fundamentalen Herausforderungen in der Glasindustrie.

CO₂-Bepreisung wird zunehmen

Mit dem Einsatz des WHR Systems steigt die Energieeffizienz in der Produktion und die Klimabilanz wird verbessert. Das Vermeiden von CO2-Emissionen und der reduzierte Zukauf von Strom und fossilen Energieträgern hat einen deutlichen Effekt zur Kostenreduktion. „Gerade vor dem Hintergrund des European Green Deals sollten Unternehmen jetzt handeln und so ihre Klimabilanz nachhaltig verbessern“, unterstreicht Dennis Schattauer. Der Green Deal der Europäischen Union (EU) setzt das Ziel der Klimaneutralität aller 27 Mitgliedsstaaten bis 2050 – auf dem Weg zum Ziel ist eine deutlich höhere CO2-Bepreisung zu erwarten. Die Vorgaben für die Energieeffizienz von Produktionsstätten werden weiter steigen. Firmen der Glasindustrie werden über die Selbstverpflichtung hinaus, bis 2030 mehr als 20 Prozent der CO2-Emissionen einzusparen, Anstrengungen unternehmen müssen.

Hohe Energieeffizienz- und Stromerzeugungswerte

Waste Heat Recovery Anlagen ermöglichen auf Basis beherrschter und erprobter Technologie Verbesserungen bei der Energieeffizienz und zur Reduktion von Ressourceneinsatz. Die Lösung von Grenzebach und CNUD EFCO GFT hebt sich dabei durch einen besonders hohen Wirkungsgrad für die Stromerzeugung, der 35 Prozent und mehr betragen kann, von anderen auf dem Markt befindlichen Systemen ab. Das WHR System nutzt dabei die im Schmelzwannenabgas befindliche verfügbare Wärmeenergie zur Herstellung von Wasserdampf mit Drücken von bis zu 90 bar, indem Wärmetauscher-Kesselanlagen in den Abgasstrom eigebunden werden. Der Wasserdampf wird dann zur Erzeugung elektrischer Energie der hocheffizienten Turbinen-/Generatoreinheit zugeführt. „Die WHR-Technologie ist ein ganz konkretes Angebot, das wir der Glasindustrie aus den vereinten Kompetenzen von Grenzebach und CNUD EFCO GFT machen können. Die Kunden profitieren davon, dass wir nun mit integriertem Know-How aus dem Heiß- und Kaltbereich von Flachglaslinien arbeiten. Und ein besonderer Fokus liegt dabei auf der Energieeffizienz“, so Egbert Wenninger, Senior Vice President Business Unit Glas bei Grenzebach.

Erprobte Technologie aus dem Kraftwerksbau

Die WHR Systeme von Grenzebach und CNUD EFCO GFT werden ausschließlich mit erprobter Technologie aus dem Kraftwerksbau ausgestattet. Die Auslegung erfolgt dabei auf Basis langjähriger Erfahrung und bewährter computergestützter Simulationsprogramme. Die WHR-Lösungen zeigen eine einzigartige Performance mit garantierter Effizienz, Nettoenergieerzeugung und Anlagenverfügbarkeit. Langjährige und umfassende Kenntnisse aus Errichtung und Betrieb von Glasfertigungsanlagen fließen zudem in viele Detaillösungen zur optimalen Einbindung der WHR Anlagen ein. Diese smarte Integration der WHR Anlagen ermöglicht eine zusätzliche Reduzierung von Betriebskosten und eine Senkung von Investitionskosten für periphere Anlagen.

In vielen Ländern staatlich gefördert

Für den Return On Investment (ROI) ist mit zu betrachten, dass in zahlreichen Ländern der Einbau von WHR-Anlagen staatlich gefördert wird – langfristig höhere Strom- und Gaspreise sind genauso zu erwarten wie ein intensivierter Einsatz von CO2-Zertifikaten. Dennis Schattauer: „In einem günstigen Umfeld amortisiert sich eine entsprechende Anlage bereits heute innerhalb von drei bis vier Jahren.“

Der Nutzen des Systems bleibt auch dann voll erhalten, wenn Erdgas durch Wasserstoff als Primärenergieeinsatz substituiert wird. „Wer seine Produktionslinie künftig mit Wasserstoff betreibt, wird den Ertrag einer WHR Anlage beibehalten“, so Schattauer abschließend.

„Die Verleihung des igus vector Award bestätigt uns einmal mehr darin, FSW-Technologie und Anlagen-Portfolio für unsere Kunden laufend weiter zu entwickeln. Unser gesamtes Team freut sich sehr über die Auszeichnung“, sagt Christian Herfert, Head of Friction Stir Welding Technology bei Grenzebach. Mit dem FSW-Verfahren lassen sich Schweißnähte mit ausgezeichneten mechanischen Eigenschaften und hoher Maßhaltigkeit erzeugen. Ein rotierendes Werkzeug sorgt bei dem Fügeverfahren per Reibung und Druck für die notwendige Prozesswärme, die Werkstoffe werden plastisch verformbar, die Bauteile werden an der Nahtstelle mediendicht und beständig verbunden. Ideal, um etwa für die E-Mobilität Batteriewannen, Wärmetauscher oder Strukturkomponenten zu schweißen. Herfert: „Dank der Zusammenarbeit mit igus und der hervorragenden igus-Produkte können wir für unsere Kunden die Stärken der FSW-Technologie effizient zum Tragen bringen. Beim robusten, sicheren Schweißen von komplexen Geometrien mit mäanderförmigen Schweißbahnen sind wir so noch einmal einen großen Schritt weiter gekommen.“

Energiekette von igus sorgt für Durchbruch

Den Award erhält Grenzebach für das erfolgreiche Einbinden eines igus-Systems in die FSW-Portalanlage, einen Leistungsträger im Anlagen-Portfolio. Die Ausgangssituation für die Anwendung schildert Alexander Feineis, Entwicklungsingenieur bei Grenzebach: „Die Anschlusskonstruktion und Medienversorgung musste ebenso flexibel sein wie der Schweißkopf unserer Rührreibschweiß-Portalanlage. Die Lösung brachte die Kooperation mit igus: die direkte Kopplung eines Twister Bands mit einer R4 Energiekette, integriert in die Energiezuführungs-Einheit von Grenzebach.“ „Die Jury hat sich entschieden, für diese einzigartige und kreative Lösung, der Grenzebach Maschinenbau GmbH den bronzenen vector Award 2020 zu verleihen“, so Hans-Jürgen Alt, Geschäftsführer des VDMA Nordrhein-Westfalen, der die Grenzebach-Laudatio bei der Preisverleihung hielt.

Hohes Niveau, hohe Anforderungen an Medienversorgung 

Hintergrund: Um einen robusten FSW-Prozess zu gewährleisten, ist es erforderlich, dass die C-Achse der Portalanlage um bis 5° angestellt werden kann. Außerdem ist für das sichere Schweißen von komplexen Geometrien mit mäanderförmigen Schweißbahnen – beispielsweise für Wärmetauscher – eine Drehbarkeit des angestellten Schweißkopfes von +/- 720° notwendig. Der Grenzebach DynaSTIR Schweißkopf bietet als ein hochkomplexes System einen ausreichend großen Bewegungsradius und die erforderlichen Freiheitsgrade. Für seine volle Funktionsfähigkeit gab es eine Vielzahl von Anforderungen an die Anschlusskonstruktion sowie die Medienversorgung.

Vorteile des igus-Systems im Detail

Die Lösung machte igus möglich. Das vorkonfektionierte, beschriftete sowie bereits zu Baugruppen vormontierte igus System ermöglicht eine einfache Montage. Grenzebach profitiert von definierten Schnittstellen und einer flexiblen Anpassung für verschiedene Ausbaustufen und Maschinenbaureihen. Die 24/7 Auslegung der Komponenten sorgt für einen wartungs- und verschleißarmen Betrieb. Im Servicefall ist ein einfacher und schneller Austausch möglich.

Preisverleihung online

Den igus vector Award in Bronze, der mit einem Preisgeld von 1.000 Euro dotiert ist, nahm Grenzebach am Dienstag, 23. Juni virtuell im Rahmen einer Online-Preisverleihung entgegen. Ursprünglich sollte die Übergabe der Trophäe auf der Hannover Messe stattfinden, die abgesagt wurde. So bekam das FSW-Team von Grenzebach Award und Urkunde direkt ins Haus geliefert, Michael Offner, Vetriebsleiter Süddeutschland bei igus überreichte persönlich den Preis am Grenzebach-Hauptsitz in Hamlar bei Augsburg. Die igus GmbH verleiht den Award alle zwei Jahre für innovative und kreative Energieketten-Anwendungen.

Erneut ausgezeichnet

Für Grenzebach setzt sich mit dem Award von Seiten der igus GmbH die Auszeichnung rund um das FSW-Verfahren fort: Für die durch Künstliche Intelligenz (KI) unterstützte Real-Time-Qualitätskontrolle beim Rührreibschweißen in der industriellen Produktion sind Grenzebach und der Software-Partner Weidmüller bereits Anfang 2020 von der Fachzeitschrift elektro Automation ausgezeichnet worden. Jetzt gesellt sich zum Automation Award Sonderpreis Digitalisierung der Konradin Mediengruppe der igus vector Award in Bronze.

Japanische Kunden schätzen Leistungsfähigkeit und Langlebigkeit der Vacupress-Anlagen von Grenzebach. Innerhalb von drei Jahren haben Grenzebach und der strategische Partner Matsubo, ein Technologie-Unternehmen mit Hauptsitz in Tokio, sechs Vacupress-Anlagen auf dem japanischen Markt platziert. 2019 wurden allein drei Anlagen verkauft – 2020 gehen diese in Asien in Betrieb. „Wir freuen uns, dass die Vacupress bei den Kunden von Matsubo so gut ankommt. Das unterstreicht die herausragende Position, die wir uns mit der Technologie international erarbeiten konnten“, sagt Patrick Barthel, Sales Manager Process Technology bei Grenzebach. Seit 2018 arbeiten Matsubo und Grenzebach in ihrer strategischen Partnerschaft eng zusammen. Seiichi Yagasaki, Project Manager bei Matsubo, unterstreicht: „Unsere Endkunden schätzen bei den Vacupress-Systemen von Grenzebach Qualität „Made in Germany“ – hervorzuheben ist die Leistungsfähigkeit der Vacupress, die zu herausragenden Ergebnissen führt, sowie die Langlebigkeit, die Anwendern zusätzliche wirtschaftliche Vorteile verschafft.“

Ein neues Trio verdichtet Kieselsäure

Das Vacupress-Trio, das Mitte 2020 geliefert wird, kommt wie die drei bereits laufenden Systeme in Japan zum Entlüften und Verdichten von Kieselsäure zum Einsatz. Kieselsäure wird für unterschiedlichste Zwecke in der chemischen Industrie verwendet. Um das Produkt-Handling zu verbessern sowie Lager- und Transportkosten zu reduzieren, wird die Kieselsäure mittels Vacupress entlüftet und verdichtet. Die eingesetzten Systeme verdichten mit einem Faktor von nahezu 1,5. 

Transport- und Verpackungskosten reduzieren

Vacupress-Systeme kommen bei Pulvern mit einer Korngröße kleiner 40 µm und einem Schüttgewicht kleiner 750 kg/m³ zum Einsatz. Sie dienen als Entlüftungs- und Verdichtungsgerät vor Abpackeinrichtungen. Die Reduktion des Transportvolumens und Minderung der Stauberzeugung oder auch Verbesserung der Handling-Eigenschaften beim Endverbraucher sind ein klarer Praxisnutzen. Zudem lassen sich Vacupress-Systeme als Dosiergerät zur besseren Einarbeitung in nachgeschaltete Verfahrensschritte oder als Vorverdichtungsgerät in Verbindung mit Granulatoren einsetzen.

Produkt-Verdichtung extraschonend

Es werden Volumenminderungen von bis zu 75 Prozent erzielt. Die Produktverdichtung ist äußerst schonend. Durch die relativ geringen Presskräfte in der Prozesstechnik werden die Eigenschaften der behandelten Produkte kaum verändert. Die erzeugten Produktschollen lassen sich jederzeit auch ohne Einbringung großer Scherkräfte wieder in ihren feinpulvrigen Zustand zurückversetzen. Die Vacupress ist geeignet für Schüttgewichte kleiner 750 kg/m³ und Temperaturen bis ca. 100°C. Heutige Haupteinsatzgebiete sind die Produktbereiche Kieselsäure, Ruß, Pigmente, Aluminiumoxid und Magnesiumoxid. Vacupress-Systeme von Grenzebach sind gemäß ATEX-Richtlinien für die Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen ausgeführt.

Partnerschaftliche Zusammenarbeit zwischen Grenzebach und Matsubo

„Durch den Einsatz der Vacupress lassen sich Transport- und Verpackungskosten reduzieren und die Handling-Eigenschaften der Produkte verbessern. Wir achten von Anfang an auf eine robuste Konstruktion, die lange Standzeiten bei geringem Ersatzteilbedarf erlaubt“, betont Patrick Barthel von Grenzebach. Zusammen mit Matsubo arbeite man bereits an weiteren Projekten auf dem asiatischen Markt. Um gemeinsam die Zielgruppen aus den verschiedenen Branchen anzusprechen, war Grenzebach bei der Fachmesse POWTEX Ende November 2019 in Osaka am Matsubo-Stand vertreten.

Bis zu 99,7 % Verfügbarkeit dank Automatischem Teiletransport

Die Grenzebach L1200S übernehmen den Transport von Sitzen und Rückbänken von der Anlieferfläche bis zur Fertigungslinie. „Eine extrem komplexe Angelegenheit“ so Frank Röske, Leiter Logistikplanung bei Porsche in Leipzig, der das Projekt federführend betreut hat. Denn: kein Auto gleicht heutzutage mehr dem anderen, die Modelle werden kundenindividuell gefertigt. „Die richtigen Sitze und Rückbänke müssen daher zur richtigen Zeit an der richtigen Stelle der Fertigungslinie bereitgestellt werden. Und zwar für Fahrer- bzw. Beifahrerseite auf der jeweils richtigen Seite der Fertigungslinie.“

Die 30 Fahrerlosen Transportfahrzeuge vom Typ L1200S meistern diese Aufgabe in bis zu drei Schichten. Vom Zulieferer angelieferte Behälter mit den zu transportierenden Bauteilen werden dazu direkt auf der Anlieferfläche übernommen. „Eine Herausforderung war hierbei, dass unsere Ladungsträger auch in das Automatisierungskonzept des Zulieferers passen müssen“ so Robert Luxenhofer, Sales Director bei Grenzebach. „Deshalb haben wir unsere Warenträger angepasst, sodass die Behälter des Lieferanten ohne Umbau auch mit unseren L1200S transportiert werden können.“

Die Bereitstellung am Band ist Maßarbeit

Nach der Übernahme im Anlieferbereich werden die Bauteile Just-in-Sequence an die Fertigungslinie angestellt. Hierfür werden drei Bahnhöfe jeweils sequenziell abgearbeitet und entsprechend bestückt. So wird sichergestellt, dass stets ein Sitz zur Entnahme bereit ist sowie zwei weitere in Warteposition stehen. Montagemitarbeiter entnehmen die Bauteile dort mit speziellen Handlingsgeräten. „Diese Geräte haben sehr wenig Spielraum, weshalb die Warenträger exakt positioniert werden müssen. Diese Abstellgenauigkeit erreichen wir mit der Grenzebach-Lösung“ erklärt Röske.

Manuell und automatisiert gehen Hand in Hand – sicher und flexibel

Nach der Entnahme der Bauteile werden die leeren Warenträger wieder automatisiert abtransportiert. Ein Sicherheitsmechanismus regelt die Zufahrt der FTS an die Linie. So können Fahrerlose Transportfahrzeuge und manuelle Handlingsgeräte sicher parallel eingesetzt werden.

Vor der Automatisierung wurde der gesamte Transport mit Routenzügen manuell bewerkstelligt. Durch die Automatisierung profitiert Porsche nicht nur von einer

zuverlässigen Bereitstellung, sondern auch von mehr Flexibilität. Denn ein Routenzug hatte in der Vergangenheit bis zu vier Sitze gleichzeitig geladen. Die Fahrerlosen Transportfahrzeuge transportieren die Teile dagegen einzeln, sodass bei Sequenzänderungen Fahraufträge flexibel angepasst und priorisiert werden können. Das entzerrt neuralgische Punkte entlang der Linie und sorgt für weniger Querverkehr mit Routenzügen.

Ganzheitliche Lösung aus Hardware, Software, Beratung und Service

Die Koordination der Fahrerlosen Transportfahrzeuge übernimmt der Grenzebach Flottenmanager. Er übersetzt nicht nur die Sequenzliste in Fahraufträge, sondern optimiert auch die Zuteilung der Fahrten auf die einzelnen Fahrzeuge. Dadurch werden kürzeste Reaktionszeiten erreicht und die Akkuladungen der Fahrzeuge werden bestmöglich ausgenutzt. In den FTS kommt Lithium-Ionen-Batterietechnik zum Einsatz. „Durch dieses moderne Energiekonzept konnten wir die für die Transportaufgabe benötigten Fahrzeuge signifikant reduzieren, denn unsere Fahrzeuge benötigen gerade einmal 30 Minuten Ladezeit, um wieder bei 80% Ladekapazität zu sein“, so Luxenhofer.

Das preisgekrönte Logistikkonzept hat Porsche werksintern entwickelt. Das Ergebnis des Vorprojektes war die Basis für das gemeinsame Projekt. „Im Projektverlauf konnten wir gemeinsam weitere Optimierungspotentiale identifizieren und bei der Implementierung berücksichtigen“ sagt Röske. „Grenzebach und Porsche haben dabei Hand in Hand gearbeitet. Das Versprechen ganzheitlicher Logistik-Lösungen aus Hardware, Software, Beratung und Service wurde aus unserer Sicht hervorragend eingelöst.“

Während des Projektes wurde zudem ein ergänzendes Monitoring System für den Abgleich der bereitgestellten Bauteile mit dem Bedarf an der Fertigungslinie entwickelt. „Durch diese von Porsche entwickelte Software wird schon bei der Beladung unserer Ladungsträger überprüft, ob wir auch wirklich den benötigten Sitz transportieren. Dadurch wird sichergestellt, dass sich Fahrzeuge nur mit der korrekten Ladung auf den Weg zur Montagelinie machen“, so Luxenhofer.

Auf dem Erfolg des gemeinsamen Projektes soll jetzt weiter aufgebaut werden: Nach der erfolgreichen Implementierung im Bereich „Sitze“ finden aktuell Gespräche über eine Erweiterung des Automatischen Teiletransports statt.

Bislang sind additive Fertigungsverfahren weitgehend dem Prototypenbau und Kleinserien vorbehalten. Das Projekt POLYLINE soll dies ändern. 15 Industrie- und Forschungspartner bringen ihre Expertise zusammen, um eine digitalisierte Fertigungslinie der nächsten Generation zu entwickeln. Das Projekt widmet sich gezielt der Automatisierung der Additiven Fertigung von Kunststoffbauteilen in der Automobilindustrie. Ziel ist es, konventionelle Fertigungstechniken (z.B. Zerspanen, Gießen, etc.) durch Additive Fertigung zu einer durchsatzstarken Linienproduktion zu ergänzen und damit perspektivisch eine flexiblere Produktion zu ermöglichen.

Das Projekt POLYLINE wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Förderprogramms Photonik Forschung Deutschland mit insgesamt 10,7 Millionen Euro gefördert. Die Projektlaufzeit beträgt drei Jahre.

Bereits seit 2017 arbeiten Grenzebach und EOS in ähnlichen Projekten für Metallbauteile eng zusammen: So wurde zum Beispiel im Innovationsprojekt NextGenAM die Serienfertigung von Qualitätsbauteilen aus Metall via industriellem 3D-Druck mit einer integrierten und automatisierten Prozesskette ermöglicht.

Immenses Potential in der Vernetzung von Fertigungsprozessen

Als Spezialist in der Automatisierung industrieller Prozesse bringt Grenzebach im Projekt seine Expertise zur intelligenten und arbeitssicheren Vernetzung von Fertigungsprozessen ein. Die Herausforderung der Additiven Fertigung liegt in der langen Produktionszeit eines Bauteils im Drucker, während vor- und nachgelagerte Produktionsschritte deutlich kürzere Durchlaufzeiten haben. „Die Synchronisation der einzelnen Produktionsschritte und der Transport zwischen den einzelnen Fertigungsinseln hat im 3D-Druck daher eine immense Bedeutung“ erklärt Oliver Elbert, Head of Business Development und Ansprechpartner für das Projekt POLYLINE bei Grenzebach. „Durch intelligente Vernetzung sorgen wir für optimalen Materialfluss und tragen so maßgeblich zur Wirtschaftlichkeit bei. Wir greifen dabei auf Erfahrungswerte aus 60 Jahren in der Automatisierung industrieller Prozesse sowie unser breites Portfolio an Fahrerlosen Transportsystemen zurück.“ Auch Roboter und Handlingstechnik unterschiedlicher Hersteller kommen zum Einsatz und werden von den Grenzebach Experten nahtlos in das Automatisierungskonzept integriert.

Darüber hinaus ist die gemeinsame Entwicklung industrietauglicher automatisierter Hard- und Softwareschnittstellen zu allen Prozessstationen zentraler Bestandteil des Grenzebach Arbeitspaketes. Denn auch in der Additiven Fertigung sind Daten für spätere Analysen und Auswertungen das verborgene Gold der Produktion.

Ein weiteres Augenmerk liegt auf dem Arbeits- und Gesundheitsschutz. „Eine optimal organisierte Prozesskette in der Additiven Fertigung minimiert eventuelle Gesundheitsrisiken, die beispielsweise durch Feinstaub oder Nano-Partikel auftreten können, für Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter und entlastet bei ergonomisch ungünstigen Arbeiten“ so Elbert.

POLYLINE soll Additive Fertigung und bestehende Serienfertigung verbinden

Insgesamt widmet sich das POLYLINE Projekt der Integration einer ganzheitlichen additiven Prozesskette in bestehende Serienfertigungen. Konkret geht es um die Weiterentwicklung des polymerbasierten Laser-Sinterns. Bei diesem Verfahren werden Bauteile auf Basis digitaler Konstruktionsdaten per Laser schichtweise aus einem pulverförmigen Stoff gefertigt (Sintern). Hierin liegt das Potential, komplexe Strukturen und nahezu jede Geometrie ohne wesentlichen Mehraufwand realisieren zu können. Bis dato kann dieses jedoch nur in Einzelprozessen genutzt werden. Für bislang vorhandene Hürden sollen im Forschungsprojekt Lösungen gefunden werden; zum Beispiel für die langen Produktionszeiten einzelner Fertigungsschritte und den allgemein niedrigen Automatisierungsgrad der physischen Handling- und Transportprozesse. Daraus entstehende Problematiken wie die komplexe Synchronisierung von Einzelprozessen und hohe manuelle Aufwände sollen dann bald der Vergangenheit angehören. Im Projekt beschränkt sich das Konsortium jedoch nicht nur auf eine automatisierte Prozesskette, sondern setzt sich auch mit einer digitalen und durchgängigen Datenkette entlang des gesamten Produktionsprozesses auseinander. So sollen die Fehleranfälligkeit reduziert, Prozesse transparenter und ein Monitoring samt Einbindung in relevante Produktionssteuerungen möglich werden.

Von flexibler Lösung für den Prototypenbau zur skalierbaren additiven Produktionskette

Um das Projektziel zu erreichen, wird im Projekt ein digitaler und physischer Systemdurchstich angestrebt. Das bedeutet, dass vom CAD-Modell bis zum fertigen Bauteil alle zentralen Kennwerte und Qualitätskriterien (inkl. Kennzeichnung, Historie und Messwerten) erfasst und dokumentiert werden. Die einzelnen Teilprozesse der Fertigung – von der Prozessvorbereitung über den Selektiven-Laser-Sinter-Prozess, das Abkühlen und Auspacken sowie die Reinigung und Nachbearbeitung der Teile – werden automatisiert und in die geplante Fertigungslinie eingebracht. Alle Gewerke einer Selektiven-Laser-Sinter-Fertigungskette werden erstmalig vollumfänglich verknüpft.

POLYLINE nutzt dafür einen neuen Lösungsansatz, der alle benötigten Prozesse ganzheitlich betrachtet und implementiert. Mit dem Erfolg des Projektes soll die gesamte Prozesskette nicht nur automatisiert ablaufen, sondern auch die gesamte Wertschöpfungskette digital erfasst und überwacht werden. Die angestrebte Fertigungslinie soll dabei für und entsprechend der Anforderungen des Anwendungspartners möglichst ausgereift umgesetzt werden.

Wenn alles klappt wird die Produktion der Autos der Zukunft trotz komplexer Bauteile hoch flexibel sein, weil personalisierte Komponenten und Serienbauteile in großen Stückzahlen mit Additiven Fertigungsverfahren hergestellt werden können.