Vorlesung 5

Question 1

Wie kann Abwärme im Industriebetrieb genutzt werden und was ist ihr Nutzen?

Answer 1

Seite 17 PDF

eine Reduzierung des Energiebedarfs bzw. der Energiekosten,

eine damit einhergehende Verbesserung der Produktivität,

eine Verringerung der Umweltbelastung,

eine größere Unabhängigkeit von der externen Energieversorgung und

geringere Aufwendungen für Heiz- und Rückkühlsysteme, falls Abwärme
dauerhaft und zuverlässig genutzt werden kann.

Question 2

Welche Formen der Abwärme gibt es?

Answer 2

Konzentrierte Abwärme:

• an Stoffströme gebunden
• Abgas, Abluft, Dampf, Brüden, Prozessgase, …
• Relativ leicht nutzbar

Diffuse Abwärme:

• Strahlung / Konvektion von heißen Oberflächen an Umgebung
• Erhöhung der Umgebungstemperatur
• Schwer zugänglich

Question 3

Was sind die Anforderungen an Nutzung von Abwärme?

Answer 3

Technische Machbarkeit (Wärmequelle höhere Temperatur als Wärmesenke, Nutzung und Verschmutzungsgrad nicht im Widerspruch zueinander, Platz für den Einbau von Technologie vorhanden, …)

Wirtschaftliche Aspekte (Investitionen für die Abwärmenutzungstechnologie und Infrastruktur, Kosten für Instandhaltung und Betrieb, Förderungen durch die öffentlichen Einrichtungen, …)

Organisatorische Aspekte (Infrastruktur vorhanden? Wer ist möglicher Abnehmer? Welche Abhängigkeiten entstehen? ….)

Question 4

Was ist benötigte Technik für die Nutzung von Abwärme?

Answer 4

Wärmeübertrager

Wärmespeicher

Wärmepumpe

Wärmetransformatoren

Question 5

Welche Varianten von Wärmeübertragung gibt es?

Answer 5

Übertragung von Wärme von einem Medium auf ein anderes

Direkte Wärmeübertragung (Stoffströme berühren sich im selben Raum, z.B. in Nasskühltürmen)

Halbindirekte Wärmeübertragung (Nutzt die Eigenschaften eines Wärmespeichers, beide Stoffe sind zeitversetzt mit dem Wärmespeicher in Kontakt)

Indirekte Wärmeübertragung (Wechselwirkung von Stoffströmen in benachbarten, getrennten Räumen, z.B. Heizkörper)

Question 6

Welche Arten der Stoffführung gibt es bei der Wärmeübertragung?

Answer 6

Bilder S.23

Gegenstrom: Die Austrittstemperatur des kalten Mediums ist größer als die Austrittstemperatur des warmen Mediums

Gleichstrom: Die Austrittstemperatur des warmen Mediums ist größer als die Austrittstemperatur des kalten Mediums

Kreuzstrom: Führung der Stoffströme, sodass sich ihre Richtungen kreuzen (liegt im Ergebnis zwischen Gegen- und Gleichstrom)

Question 7

Was macht eine Wärmepumpe?

Answer 7

Fördert die Energie auf ein höheres Niveau (WIESO???)

Alternativ aus https://www.isi.fraunhofer.de/content/dam/isi/
dokumente/cce/2013/Kurzstudie_Abwaermenutzung.pdf:

“Wärmepumpen erlauben es, unter Energiezufuhr das Temperaturniveau
vorhandener Abwärme zu variieren.”

Question 8

Welche Wärmetransformation wird genannt und welches Verfahren ist wirtschaftlich?

Answer 8

Stromerzeugung aus Abwärme

Wirtschaftliches Verfahren: Organic-Rankine-Cycle mit Wirkungsgrad von 10-20%

Question 9

Speicherkenngrößen

Answer 9

Maximale Speicherleistung (kW)

Spezifische Energiedichte des Speichers (kWh/m³ oder kWh/kg)

Speicherkapazität (kWh)

C-Rate (1/h)

Selbstentladerate

Wirkungsgrad (%)

Lebensdauer

Kosten

Question 10

Welche Arten von Wärmespeicherung gibt es?

Answer 10

Sensible Speicherung: Änderung der Temperatur des Speichermediums

Latente Speicherung: Änderung des Aggregatzustandes des Speichermediums (meistens von fest zu flüssig)

Thermochemische Speicherung:

• Sorptionsspeicher: Durch Binden bzw. Lösen eines fluiden Stoffes an einem festen bzw. flüssigen Sorbens
• Chemische Speicher: Speicherung durch reversible chemische Reaktion

Question 11

Welche Arten der Druckbereiche gibt es bei der Druckluftanwendung?

Answer 11

Standardanwendungen für 7 bis 10 bar Überdrück. Für Werkzeugmaschinen sind es etwa 5 bis 6 bar und Druckluftwerkzeuge etwa 6 bar.

Niederdruckanwendungen bewegen sich zwischen 1 bis 2,5 bar, sind aber oft an 7-bar-Netz angeschlossen und werden über einen Druckminderer ermöglicht.

Hochdruckanwendungen bei mehreren 100 bar. Entweder an 7-bar-Netz über Booster angeschlossen oder durch separaten Hochdruckkompressor bereitgestellt.

Question 12

Was sind Anwendungsbereiche von Druckluft?

Answer 12

ARBEITSLUFT, also Pneumatik (Druckluft wird zum Antrieb von Maschinen und Werkzeugen benutzt)

AKTIVLUFT (Druckluft wird zum Transport von Stoffen und Medien verwendet)

PROZESSLUFT (Druckluft wird in Verfahren und Prozesse eingebunden)

VAKUUMLUFT (Druckluft wird zur Unterdruckerzeugung eingesetzt)

PRÜFLUFT (Druckluft wird für Prüf- und Kontrollzwecke eingesetzt, bspw. Dichtigkeitsprüfung)

Question 13

Vor- und Nachteile von Pneumatikantrieben gegenüber elektrischen Alternativen

Answer 13

\+ Überlastfähigkeit
\+ Robustheit
\+ Einfacher konstruktiver Aufbau
\+ Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen
\+ leistungsloses Halten
\+ kontinuierliche Spitzenkraft
\+ hohe Leistungsdichte

• exakte Positionierung nur gegen Anschlag
• weiche Antriebskennlinien
• geringe Flexibilität einfacher Antriebe
• Kondensatanfall
• Abluftgeräusche
• Gleichförmige Bewegung bei variabler Belastung wegen Kompressibilität schwierig

Question 14

Funktionen von Kühlschmierstoffen (KSS)

Answer 14

Kühlen (Wärmeabfuhr von Werkstück, Werkzeug und Maschine)

Schmieren (Reibungsminderung zwischen Werkstück, Werkzeug und Spänen)

Spülen (Späneabfuhr und -ausführung sowie Werkzeugreinigung während der Bearbeitung)

Binden von Stäuben

(temporärer) Korrosionsschutz am Werkstück

Question 15

Welche Arten von Aufbringung an KSS gibt es?

Answer 15

Flutung

Minimalmengenschmierung

Trockenzerspanung

Hochdrucksysteme

Über das Schneidwerkzeug

Question 16

Wie setzen sich KSS zusammen?

Answer 16

Grundöl:

• – Emulsion aus Konzentrat und Wasser, wenn wassermischbare KSS
• – gebrauchsfertig gelieferte Schneidöle

Zusätze (Additive):

• – Haftverbesserer, Emulgatoren, Korrosionsschutzstoffe, Viskositätsverbesserer
• – unerwünschte Begleitstoffe (Nitrite, PAK)

Fremdstoffe:

• – während des Gebrauchs eingetragen, bspw. Leckageöle, Reste von Systemreinigern oder Mikroorganismen
• – unerwünschte Reaktionsprodukte (z.B. PAK, Nitrosamine, …)

Question 17

Vor- und Nachteile von Trockenbearbeitung

Answer 17

\+ keine KSS-Beschaffung
\+ keine KSS-Wartung
\+ keine KSS-Entsorgung und -Emissionen
\+ Trockener Späneschrott
\+ kein abtropfender KSS

• hohe Ansprüche an thermische Steifheit der Maschine
• Zusatzeinrichtungen zur Späneabfuhr oder Schrägbett
• teure Werkzeuge
• keine Werkzeugreinigung
• ungewisse Toxizität chemischer Reaktionsprodukte bei über 727°C

Question 18

Vor- und Nachteile Minimalmengen-Kühlschmierung

Answer 18

\+ geringere Beschaffungs- und Lagermengen des KSS
\+ kein KSS-Kreislauf
\+ keine KSS-Entsorgung
\+ quasi trockener Späneschrott
\+ kein abtropfender KSS
\+ quasi trockene Werkstücke

• hohe Ansprüche an thermische Steifheit der Maschine
• Zusatzeinrichtungen zur Späneabfuhr oder Schrägbett
• teure Werkzeuge
• Versottung durch ölhaltige Ablagerungen
• Nicht geklärter Verdacht auf Toxizität feinstverteilter Ölpartikel in der Atemluft
• keine Werkzeugreinigung

Question 19

Vor- und Nachteile bei Einsatz von Multifunktionsölen

Answer 19

+ geringere Verwechslungsgefahr der Öle untereinander
+ längere Standzeit, da sich die Öle nicht gegenseitig kontaminieren
+ Verzicht auf Teilereinigung zwischen Bearbeitungsschritten möglich
+ einfachere Lagerhaltung

• meist höhere Anschaffungskosten
• Abhängigkeit von einem Hersteller für gesamtes Sortiment

Question 20

Zentrale vs dezentrale/mobile KSS Anlagen

Answer 20

Leistungsfähigere Technik durch Spezialisierung /// Höhere Flexibilität durch unterschiedliche KSS und schnelles Auswechseln

Geeignet für Massen-/Serienfertigung /// Geeignet für Einzel-/Kleinserienfertigung

Qualifiziertes Wartungspersonal /// Kompetenzkonflikte zwischen Maschinenbediener und Instandhaltungspersonal

Question 21

Grundprinzipien der Feinstaub-Entfernung

Answer 21

Elektrostatische Abscheider (Abscheidungsgrad von 95 - 99,9% bei geringem Wartungsaufwand und moderaten Betriebs- und Anschaffungskosten)

Mechanische Entstauber (sind leicht zu reinigen und wiederverwendbar und schützen Feinfilter)

Filternde Entstauber (scheiden Partikel bis zu 0,1 mü ab und können gereinigt werden, sind aber teuer und energieintensiv)

Nassabscheider (Feinstaubpartikel werden an Waschflüssigkeit gebunden, vor allem Einsatz bei brennbaren Stäuben)