FrĂźhjahr 2017
innogy Ihr Businessmagazin
Vor Ort
Was Energiemonitoring bewirken kann
Faszination LED
Ăœberzeugen mit Licht
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Der totale Durchblick Continental Emitec GmbH in Lohmar entwickelt und baut Metallträger für Abgas-Katalysatoren und steigert mit einem von innogy entwickelten Energiemonitoring-System nicht nur messbar die Effizienz, sondern auch die Motivation der Mitarbeiter
Text: Michael Hopp Fotos: Rüdiger Nehmzow
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apoleon besuchte nur einmal das Rheinland, 1811, um die Rheinarmee zu inspizieren. Zu welchem Befund er kam, ist nicht überliefert, fest steht, dass er im Schloss Auel in Wahlscheid nächtigte. Das 1391 zum ersten Mal erwähnte Schloss liegt im Norden des heutigen Lohmar und wird als Hotel mit angeschlossenem Golfplatz geführt. Was steht noch in der Stadtchronik? Die heute 32 000 Einwohner zählende Stadt nördlich von Bonn verfügte in vergangenen Zeiten über mehrere Erzlagerstätten, die bergmännisch abgebaut wurden, um Kupfer-, Bleiund Zinkerze zu fördern. Noch zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurden Hunderte Tonnen an Erzen gewonnen. Das hügelige Stadtgebiet mit den 108 Weilern und Höfen wurde zunächst vor allem landund forstwirtschaftlich genutzt, bevor es mit der Anbindung Lohmars an die Autobahn A 3 zu industriellen Gründungen und Ansiedlungen kam, aus Branchen der Metallverarbeitung, Elektroindustrie und der Kunststoffver-
arbeitung. Die Unternehmen sorgten für eine positive Bevölkerungsentwicklung: Seit den 1960er-Jahren hat sich die Einwohnerzahl fast verdreifacht, stagniert allerdings seit dem Jahr 2000. Ein besonders interessantes Unternehmen in Lohmar ist die Continental Emitec GmbH, ein Automobilzulieferer, der 1986 als Joint Venture zwischen dem britischen Automobil- und Luftfahrtzulieferer GKN und der deutschen Siemens AG gegründet wurde. Als Erfolgsprodukt des Anbieters von Abgasprodukten für Autos, Zweiräder und Nutzfahrzeuge bildeten sich bald Metallträger für Katalysatoren für Benzin- und Dieselmotoren heraus. Ab den 1980er-Jahren hat sich Emitec in dieser Sparte zum Weltmarktführer entwickelt. Seit 1986 wurden über 200 Millionen Metallträger für Katalysatoren auf den Markt gebracht und in Autos verbaut. Im Vergleich zum vorherrschenden Keramikkatalysator ist die Metallvariante weniger verbreitet. Sie ist als Bauteil teurer, jedoch robuster und nachhaltiger, aber auch energieintensiv in der Herstellung. Das Herz des Metallkatalysators Der Katalysator mit Metallträger hat große Vorteile. Er kann wegen seiner Temperaturfestigkeit näher am Motor montiert werden und gilt als langlebiger und zuverlässiger. Die S-förmige Wicklung des Wabenkörpers – durch den die Abluft des Motors strömt und in dem die eigentliche katalytische Aktivität stattfindet – ist das „Essential“ des Metallkatalysators. Weil durch die Wickelform die Spannungen bei Hitze verringert werden und bei kurzzeitiger Überhitzung durch Wärmeleitung Temperaturspitzen verteilt werden, wird der Metallträger vor Beschädigungen geschützt. Dünnwandige Stahlfolie (bis 0,03 Millimeter) und kleinere Kanäle bringen Gewichtsvorteile. Sie erweitern den Anwendungsbereich des Katalysators auf Kleinmotoren (wie Zweitakter) und Rennmotoren. Ein aktuelles Beispiel für die Effizienz der Abgasnachbehandlung ist der von Continental Emitec auf der Nutzfahrzeug-IAA 2016 vorgestellte motornahe Diesel-Oxidationskatalysator, der durch das höhere Temperaturniveau die Wirksamkeit der Abgasreinigung verbessert. Mit ihren Katalysatoren leistete Emitec über die Jahrzehnte einen wichtigen Beitrag zu Abgasreduktion und Umweltschutz. Immerhin sorgte die Einführung der
Produktion: Bei Continental Emitec in Lohmar werden Träger für Metallkatalysatoren in verschiedenen Abmessungen gefertigt
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Katalysatoren, in Deutschland vor 30 Jahren, in Verbindung mit verbesserten Kraftstoffqualitäten, zu einer 90-prozentigen Reduzierung der Emission schädlicher Abgase und verbesserte die Luftqualität auf den Straßen erheblich. Als Ironie der Geschichte mag gelten, dass diese Erfolge für die Umwelt und die Gesundheit der Menschen nur mit einer Technik möglich wurden, die ursprünglich für die Nuklearindustrie entwickelt worden war. Das für die Hitzebeständigkeit der Metallkatalysatoren notwendige Hartlötverfahren entstand bei Forschungsarbeiten für Hochtemperaturreaktoren. Das System von innogy bit.B Mit der Übernahme im Jahr 2014 gingen alle Anteile der Emitec an die Continental AG, die sie als 100-prozentige Tochter in die Division Powertrain eingliederte. Der frühere mittelständische Betrieb ist damit heute Teil des weltweiten Automobilzulieferers mit 212 000 Mitarbeitern an 200 Standorten in 53 Ländern. Und damit befindet sich das Unternehmen in einem Umfeld, in dem sich die Themen Energieeffizienz und Klimabilanz bei Weitem nicht nur auf die hergestellten Produkte und ihre Auswirkungen beziehen, sondern auch auf deren Herstellung selbst – und da sind Metallkatalysatoren nun mal energieintensiv. „Die Verbesserung der Energieeffizienz ist Unternehmensziel bei uns, sowohl zur Einsparung von Energie als auch zur Reduzierung von CO2-Ausstoß, der damit ja direkt verbunden ist“, sagt Thomas Ihle, EnvironmentSafety-Health- und Energiemanager (ESHManager) Continental Emitec, wie sein voller Titel lautet. Ihle, ein freundlicher, beredter Mann von 46 Jahren, ist auch bei der ortsansässigen Feuerwehr und privat bei der freiwilligen Feuerwehr aktiv. Zusammen mit Udo Schmidt, dem engagierten Werkleiter am Standort Lohmar, setzt er das Energiemonitoring-System bit.B um, mit dem Ziel, Energieverschwendung aufzudecken, abzustellen und den Verbrauch signifikant zu senken – bei einem energieintensiven Unternehmen ein entscheidender Wettbewerbsfaktor. Für innogy wird das Projekt von Jan Rüsel betreut, der im ständigen Kundenkontakt steht und die Entwicklung des Produkts koordiniert. „Das Projekt wurde gestartet im innogy Innovation Hub“, beschreibt Rüsel die Anfänge vor mehr als einem Jahr. „Der Hub hat das Ziel,
neue Produkte und Dienstleistungen zu entwickeln, die exakt auf Kundenbedürfnisse abgestimmt sind.“ Das allgemeine Vorgehen ist, in kurzer Zeit einfache Prototypen zu bauen und diese in Pilotprojekten mit spezifischen Kundengruppen zu testen. Genauso lief es auch mit Continental Emitec. „Wir hatten uns vor zwei Jahren zur Durchführung einer Stoffstromanalyse entschieden – ein vom Land Nordrhein-Westfalen gefördertes Projekt –, und währenddessen kam die Anfrage, ob wir Interesse hätten, an einem Pilotversuch von innogy teilzunehmen. Zunächst ging es da um ein EnergiedatenMesssystem“, erklärt Thomas Ihle. Continental Emitec verfügte zu dem Zeitpunkt nicht über ein solches System und war interessiert. Jan Rüsel kannte den Wunsch schon aus Kundenbefragungen: „Viele Kunden gaben an, nicht zu wissen, wie hoch der Energieverbrauch einer einzelnen Maschine ist, was es schwierig macht, Stückkosten zu kalkulieren.“ Natürlich gab es Energiedaten-Messsysteme
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Das bit.B-Online-Tool weiß es genau: Für innogy bit.B betreut Jan Rüsel (oben l.) das Energiemonitoring-Projekt bei Continental Emitec, in der Herstellung Werkleiter Udo Schmidt (M.) und Energiemanager Thomas Ihle
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Sensorik: Das Energiemonitoring-System basiert auf einer Funklösung, die auch im laufenden Betrieb installiert werden kann
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innogy bit.B Vom Sensor bis zum Online-Tool: Die Verbrauchsdaten werden in Echtzeit erfasst und als Kennzahlen und Grafiken bereitgestellt Standardsensoren an Messstellen und Produktionsmaschinen lassen sich leicht und ohne Betriebsunterbrechungen installieren und mit bit.B-Sensorknoten verbinden
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bit.B-Sensorknoten: Alle Sensoren schicken sekündlich Daten über Lemonbeat-Funk an ein zentrales bit.B-Gateway
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„Unaufgefordert kommen Mitarbeiter mit Ideen, wo man Maschinen und Anlagen runterfahren und Verschwendung vermeiden kann.“ Werkleiter Udo Schmidt, Continental Emitec
Das bit.B-Gateway schickt die Daten über das Netzwerk oder per Mobilfunk an die bit.B-Cloud
bit.B-Online-Tool: Daten werden in der Cloud verarbeitet und dem Nutzer in Form von Kennzahlen und Grafiken über einen Webbrowser bereitgestellt Der Kunde kann Optimierungen auf Basis der Auswertungen vornehmen
zu der Zeit schon auf dem Markt. Aber sie waren kabelgebunden und dementsprechend teuer, die Software standardisiert und nicht individuell anpassbar. Das bit.B-Team nahm die Kundenwünsche auf: Funkbasiert sollte das System sein, während des laufenden Betriebs installierbar, mit einfach bedienbaren Features versehen und in der Lage, individuelle Kennzahlen zusammenzustellen. Mit diesen Anforderungen wurde dann ein sogenanntes „minimal viabel product“ entwickelt. Individualisierte Messpunkte „Kurze Zeit später begannen die ersten Installationen“, erinnert sich Energiemanager Ihle. „Mich hat gefreut, dass innogy sehr schnell auf unsere Wünsche bezüglich der Individualisierung der Messpunkte eingegangen ist. Man kann sagen: Wir haben in den Tests viel gegeben, aber auch viel bekommen.“ Viele Features, die Ihle, Schmidt oder ihre Kollegen als Anforderungen definiert haben, finden sich jetzt im mittlerweile marktfähigen Produkt, insbesondere in der Software, wieder: Kacheln, die man verschieben kann, und umfangreiche Möglichkeiten, sich genau die Grafiken, Auswertungen, Kennzahlen und Analysen anzeigen zu lassen, die man braucht. Thomas Ihle stellt den Zusammenhang zur Produktion der Katalysatorträger her: „Die energieintensivsten Schritte, die wir hier in Lohmar haben, sind Wärmebehandlungsprozesse, zum einen ein thermisches Entölen, ein thermisches Oxidieren von Metallfolien und eben das Löten unserer Komponenten.“ In Halle 1 stehen die Hochvakuum-Lötöfen 2 und 3, in denen der für ihre abgasreinigende Wirkung ausschlaggebende Wabenkörper der Katalysatorträger aus Einzelteilen zu einem Monolithen verlötet wird. Tatsächlich werden die zylinderförmigen Elemente mit der Wicklung von Folien in ihrem Inneren in Lagen in den Ofen geschoben. Die Kontaktpunkte der Folienlagen untereinander und diese wiederum mit dem Metallmantel werden im Vakuum und unter hohen Temperaturen gelötet, um eine hohe mechanische Festigkeit und eine präzise Zellstruktur zu erreichen. Dieses Verfahren sorgt für eine dauerhafte Verbindung des Metallkatalysators. Die verwendete dünnwandige Folie führt dazu, dass der Katalysator viel schneller anspringt und damit die Abgas-Schadstoffe rascher in die nichtgiftigen Gase umwandelt.
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Ein energieintensives Verfahren: Im Hochvakuum-Lötofen wird bei sehr hohen Temperaturen das Innenleben der Katalysatoren verlötet – damit es seine abgasreinigende Wirkung entfalten kann
Verbräuche in Echtzeit Bullaugen geben den Blick frei auf das „Lötgut“ in der infernalischen Hitze im Inneren des Lötofens, doch schräg gegenüber in der Produktionshalle, nicht mehr als fünf Meter entfernt, fällt der Blick auf eine Monitorwand. Sie ist das Herzstück des EnergiemonitoringSystems, das der innogy Innovation Hub bei der Continental Emitec in Lohmar eingerichtet hat. Mit einer einfachen Grafik wird hier in Echtzeit angezeigt, wie hoch der Verbrauch der Haupt-Energieströme ist: Strom, Gas, Wasser, Wärme in Verbrauchswerten und dem aktuellen Einkaufspreis in Euro. Die Daten sind nicht nur auf dem Monitor in der Pro-
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duktionshalle einsehbar, sondern auch über einen Webbrowser auf einem Webportal, auf das Ihle, Schmidt und weitere leitende Mitarbeiter zugreifen können. Auf einem kundenindividuellen Dashboard werden die Verbräuche der Lötöfen und der anderen Hauptverbraucher sichtbar, vom Entfettungsofen bis zum Verwaltungsgebäude. Die Aufbereitungen bieten weitere Analysen in Echtzeit an und Services wie den PDF-Versand der Datencharts oder E-Mail-Benachrichtigungen bei Auffälligkeiten. „Ein wichtiger Schritt für uns war die Visualisierung der Energieströme in Form von LiveDaten“, erläutert Thomas Ihle, „die auch für unsere Produktionsmitarbeiter nutzbar sind.“ Jeder Mitarbeiter kann sich in Echtzeit über den Zustand der Maschinen und deren jeweiligen Energieverbrauch informieren und dementsprechend Prozessschritte anpassen. „Ohne dass sie direkt angesprochen sind, gehen Mitarbeiter interessiert an den Monitor“, berichtet spürbar begeistert Werkleiter Schmidt, „und sagen: Hoppla, so viel Geld geht drauf für Strom, und kommen mit Ideen, wo man
Maschinen und Anlagen runterfahren und Verschwendung vermeiden kann. Vor allem am Anfang war beeindruckend, wie schnell Erfolge sichtbar wurden.“ Transparenz motiviert Durch die Transparenz der Verbräuche, etwa der Lötöfen, werden kurzfristige Entscheidungen möglich, wie einen nicht optimal ausgelasteten Ofen auf Stand-by runterzusetzen und damit in die Steuerung der Produktion einzugreifen. Oder eine Fehleranalyse auszulösen, wie Schmidt an einem Beispiel erläutert: Ein Folienoxidationsofen war durch steigenden Energiebedarf aufgefallen, obwohl der Produktionsprozess unverändert geblieben war. Eine eingeleitete Untersuchung brachte das Ergebnis: Ein Blech im Einlaufbereich des Ofens war verstellt, sodass mehr Luft durchströmen konnte und unnötig erwärmt wurde. Wer sich die Maschinen und Anlagen in den Continental Emitec-Produktionshallen näher ansieht, dem fallen die angebrachten Sensoren erst auf den zweiten Blick auf. Verraten
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Visualisierung der Energieströme: Udo Schmidt, Thomas Ihle und Jan Rüsel (v. l.) am Display in der Produktionshalle
wird die Sensorik durch die oben oder hinten an den Maschinen montierten Kästchen und ihre Antennen – von innogy bit.B entwickelte Sensorknoten und Gateways. bit.B setzt dabei Standardsensoren ein, wie Jan Rüsel erklärt: „Es gibt eine Menge Sensoren am Markt mit industrietypischen Ausgangssignalen, das können unter anderem Stromwandler sein, Lichtschranken, Waagen, Sensoren, die Luftqualität messen oder die Temperatur – die Sensoren sind nicht das Thema, die Frage ist nur, wie wir sie einbinden können und was mit den Daten geschieht. Und hier kommen unsere Sensorknoten ins Spiel.“
über Mobilfunk an den Server, wo sie verarbeitet, mit Algorithmen hinterlegt und im bit.B-Online-Tool in Form von Kennzahlen und Analysen bereitgestellt werden. Jetzt kann der Nutzer auf Basis der Auswertungen Optimierungen vornehmen. „Das größte Potenzial liegt bei uns ganz klar beim Strom“, bilanziert Thomas Ihle, nachdem das innogy-System nun seit etwas mehr als einem Jahr läuft. „Gas benutzen wir nur zum Heizen der Gebäude, nicht für Prozesse. Ein wichtiger Faktor ist auch die Überwachung des Energieeinsatzes für unsere Drucklufterzeugung.“ Bis auf die Einzelkomponente hinunter werden außerdem die energieintensiven Prozesse – das Entfetten, Oxidieren und Löten – dargestellt. Dazu kommt der Verbrauch der Verwaltungsgebäude, Büros und Serverräume. „Wir überwachen sowohl die Temperatur in unseren Produktionshallen permanent als auch die Außentemperatur.“ Gemeinsam mit innogy soll in Zukunft die Anzahl der Messstellen erhöht werden, um am Ende eine möglichst hohe Aufschlüsselung des Gesamtenergiebedarfs zu erhalten.
Die Vorteile des Systems beruhen auf der hohen Granularität der Messdaten, also dem Monitoring im Fünf-Sekunden-Zyklus. Leistungsspitzen einzelner Anlageteile lassen sich so genau ermitteln – und das ermöglicht eine Minimierung der Jahresleistung. Auch bei der für die Kosten besonders relevanten Grundlast lassen sich durch die Senkung von Wochenend- und Nachtverbräuchen Einsparungen erzielen, die Produktion lässt sich auch zur Nutzung günstiger Energiefenster steuern. Der Erfolg des Systems ist für alle Mitarbeiter motivierend und schafft einen zupackenden Gemeinschafts-Spirit. Es bereitet Freude, die Position des Werks in Lohmar im Continentalinternen Nachhaltigkeits-Wettbewerb der Standorte der Powertrain-Sparte zu verbessern – und zu sehen, wie ein weiterer EmitecStandort das System übernimmt. Es macht stolz, die ISO 50001-Norm zu erfüllen – und ein Energiemanagement-zertifiziertes Unternehmen zu sein. „Wir haben alle Anforderungen erfüllt“, ist Ihle zufrieden, „aber nicht nur, um weiter die Spitzenausgleichszahlung zu bekommen, sondern weil wir gesehen haben, wie viel ein funktionierendes Energiemonitoring-System bei Kosteneinsparungen und Prozessoptimierung bringt.“
„Mich hat gefreut, wie schnell innogy auf unsere Wünsche bezüglich der Individualisierung eingegangen ist.“ Thomas Ihle, Energiemanager Continental Emitec
Sensorknoten leiten Daten weiter Insgesamt sind bei Emitec in Lohmar 16 Sensorknoten an den Maschinen verbaut, die die Daten von knapp 40 Sensoren zunächst per Kabel aufnehmen. Die Sensorknoten schicken die Daten sekündlich über LemonbeatFunk an ein zentrales Gateway, von dem es in der Regel eines pro Halle gibt. Von da gehen sie über das firmeneigene Netzwerk oder
Wie geht’s weiter: Thomas Ihle (Continental Emitec; l.) und Jan Rüsel (innogy bit.B.) beraten die nächsten Schritte – etwa die Erweiterung der Sensorik
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