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News Mittelstand-Digital Zentrum Ruhr-OWL
Trends für nachhaltige Elektronik
Wie können die Themen Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz in der Elektronikfertigung zukünftig besser verankert werden? Dafür wurde in diesem Workshop ein Bogen geschlagen – von Möglichkeiten einer nachhaltigeren Fertigung von Leiterkarten, ersten Ansätzen von Digitalen Produktpässen bis hin zu Vorteilen beim Umstieg auf Gleichstromnetze in vorhandenen oder neuen Fertigungsanlagen.
©️InnoZent OWL e.V.
Patrick Spanier, Transfermanager Produktion & Automation im Rahmen der Innovativen Hochschule: TRInnovationOWL an der Technischen Hochschule Ostwestfalen-Lippe (TH OWL) führte in die Fertigung von Leiterkarten, Baugruppen und vollständigen Prototypen der Leiterkartenfertigung ein. Die Elektronikfertigung der TH OWL verfügt dafür über speziell ausgestattete Labore, die sowohl die Bearbeitung von Forschungsfragen als auch eine Auftragsfertigung für Unternehmen ermöglichen.
Vorgestellt wurden die verschiedenen Prozessschritte der Multilayer-Leiterkartenfertigung sowie die Erprobung von unterschiedlichen Fertigungsmethoden wie MID, CMID, 3D-FR4. Wichtig für die Qualitätssicherung ist die Einhaltung der vorgegebenen Prozesse und die Überwachung der zahlreichen chemischen Bäder. Durch die Abbildung einer vollständigen Leiterkartenfertigung durch industriell erprobte Methoden konnte veranschaulicht werden, wie aufwändig und komplex die Fertigung ist und wie viele Materialien und Chemikalien dafür notwendig sind.
In der SmartFactory ging es insbesondere um das Thema Erprobung eines DC-Umstiegs im Brownfield. Slavi Warkentin, Elektrotechnik-Ingenieur an der TH OWL im Bereich der Gleichspannungsnetze, stellte den Demonstrator „Smart Warehouse“ vor und erläuterte, wie ein Umstieg der SmartFactory auf Gleichspannung geplant ist und auch weitere Anlagen umgerüstet und integriert werden sollen.
Patrick Spanier, Transfermanager Produktion & Automation im Rahmen der Innovativen Hochschule: TRInnovationOWL an der Technischen Hochschule Ostwestfalen-Lippe führte in die Fertigung von Leiterkarten, Baugruppen und vollständigen Prototypen der Leiterkarten Fertigung ein. (Foto: Bertelsmann Stiftung).
Nils Pfitzer und Martin Ehlich von der Lenze SE gaben einen Einblick in Material- und Energieeinsparpotenziale durch den Umstieg auf industrielle DC-Netze. Diese bieten gegenüber herkömmlichen AC-Netzen eine ganze Reihe von Vorteilen. Ein wesentliches Argument ist, dass Gleichstrom ohnehin in elektronischen Geräten verwendet wird. Damit können durch Verbinden der internen Gleichspannung gleich mehrere Punkte erreicht werden, wie z.B. eine bessere Energieeffizienz, da weniger Wandlungsverluste entstehen. Weiterhin kann die Rekuperations-Energie, die mit elektrischen Antrieben beim Abbremsen entsteht, direkt von anderen Verbrauchern im System genutzt werden. Vorher wurde die rekuperierte Energie in Frequenzumrichtern durch Bremswiderstände „verheizt“ und oft musste noch die entstehende Abwärme beseitigt werden. Viele Aspekte, die in den gegenwärtigen Drehstromnetzen Probleme bereiten, spielen im Gleichstromnetz keine Rolle, wie z.B. die Themen Versorgungsnetzstabilität, Netzrückwirkungen oder der Einsatz von Netzfiltern verursacht durch die vielen Frequenzumrichter. Dies ist unproblematisch für DC-Netze, da es keine netzfrequenten Oberschwingungen gibt, die zu Verzerrungen führen.
Ein weiterer positiver Effekt beim Einsatz von DC ist, dass Speicher mit deutlich einfacheren Methoden direkt eingebunden werden können, was vor allem das Thema Lastmanagement und Versorgungsstabilität positiv beeinflusst. Auch Solarenergie und Windkraft und können unkomplizierter eingespeist werden. Weitere wichtige Vorteile sind geringere erforderliche Eingangsleistungen, weniger Ressourcen für die Verkabelung (Kupferersparnis), geringere Kabelverluste, kleinere Antriebe sowie eine 10-20 % erhöhte Antriebsleistung. Ein nicht zu unterschätzender Faktor ist auch die Möglichkeit der Reduzierung von Lastspitzen. In der Vergangenheit konnte sich die DC-Technologie nicht durchsetzen, weil die technologischen Lösungen für eine schnelle Abschaltung noch nicht bereitstanden. Diese sind mittlerweile vorhanden.
Das Transferzentrum der TH-OWL: Was muss nachgewiesen werden, um die Vorteile einer Maschinenentwicklung für DC-Netze zu demonstrieren? (Foto: TH OWL)
Elektroschrott ist der weltweit am schnellsten wachsende Abfallstrom und stellt zudem eine wichtige Quelle für die zukünftige Rohstoffversorgung der Elektronik-Industrie dar. Maximilian Lammersen und Joscha Lahl von der TH OWL stellten Möglichkeiten eines nachhaltigen Managements von Elektronik mit Distributed Ledger Technologie und Digitalen Lebenslaufakten vor. Dabei kann das open Source Kommunikationsprotokoll IOTA zukünftig eine wichtige Rolle spielen. IOTA basiert auf der Distributed-Ledger-Technologie mit der Zielsetzung eines sicheren Daten- und Werteaustausches insbesondere im Umfeld des Internets der Dinge (IoT). Eine digitale Lebenslaufakte, z. B. auf Basis von IOTA unterstützt durch die erhöhte Transparenz und die gespeicherten Daten die Wiederverwendung und erleichtert das Recycling.
Engagiert diskutiert wurden die aktuellen Herausforderungen in der Elektronikbranche vor dem Hintergrund der Kurzlebigkeit und der zunehmenden Miniaturisierung von Bauteilen, die nachhaltigen Zielen entgegenstehen. Neue Chancen werden u.a. in der Modularisierung der Entwicklung von Bauteilen gesehen.
Eine gemeinsame Veranstaltung von InnoZent OWL e.V., Mittelstand-Digital Zentrum Ruhr-OWL, Technische Hochschule Ostwestfalen-Lippe – Transferprojekt TRInnovationOWL, ZVEI Landesstelle NRW, IHK Lippe zu Detmold, IHK Ostwestfalen zu Bielefeld, Effizienz-Agentur NRW und CircularOWL im Rahmen des ElektronikForums OWL.
Wie geht es weiter?
ElektronikForum OWL: Praxisworkshop Modularisierung – ein Entwicklungsansatz für nachhaltige, ressourceneffiziente und zirkuläre Elektronik?
Mi, 17.04.2024, 14:00-17:00 Uhr
Fraunhofer IEM | IoT Xperience Center, Zukunftsmeile 2, 33102 Paderborn