DE102021121718A1

DE102021121718A1 - Produktionssystem und Verfahren zur Herstellung von metallischen Dosen

Info

Publication number: DE102021121718A1
Application number: DE102021121718.0A
Authority: DE
Inventors: Ulf Reinhardt; Wilko Harms
Original assignee: Individual
Current assignee: Belvac Production Machinery Inc Lynchburg Us
Priority date: 2021-08-20
Filing date: 2021-08-20
Publication date: 2023-02-23
Also published as: CA3229182A1; WO2023020665A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Produktionssystem (1) zur Herstellung von metallischen Dosen (3), umfassend ein Herstellungssystem (2) zur Herstellung der Dosen (3) mit thermischer Energie und/oder elektrischer Energie, eine Energieerzeugungsvorrichtung (4) zur Erzeugung von elektrischer Energie und von thermischer Energie, wobei das Herstellungssystem (2) mit der Energieerzeugungsvorrichtung (4) thermisch und elektrisch gekoppelt ist, um dem Herstellungssystem (2) thermische Energie und elektrische Energie bereitzustellen, sodass der Wirkungsgrad des Herstellungssystems erhöht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Produktionssystem und ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Dosen.
Produktionssysteme zur Herstellung von metallischen Dosen sind grundsätzlich bekannt. Üblicherweise umfassen derartige Produktionssysteme eine Vielzahl an Herstellungsvorrichtungen, die in einer Linie sequentiell angeordnet sind. Beispielsweise sind in einer Linie eine Dosenumformvorrichtung zum Formen des Dosenkörpers, eine Bedruckungsvorrichtung zur Beschichtung der Dosen, ein Stiftofen zur Trocknung der äußeren Beschichtung, ein Innenraumbeschichter, ein Doseninnenraumtrockner, auch als IBO bezeichnet, sowie mehrere Reinigungsvorrichtungen und Trocknungsvorrichtungen zur Trocknung von Reinigungsfluid aufweisenden Dosen.
Ferner können solche Produktionssysteme eine Abgasreinigungseinheit zur thermischen Umsetzung der anfallenden Lösungsmittel aufweisen, der auch als Regenerative Thermal Oxidizer oder kurz RTO genannt wird. Die Prozesstemperatur der Abgasreinigungseinheit beträgt ca. 900°C. Wenn die Abgasreinigungseinheit einen Katalysator umfasst, beträgt die Prozesstemperatur ca. 500 °C. Ferner kann das in die Abgasreinigungseinheit eintretende Prozessfluid vorkonzentriert werden, sodass der Prozess in der Abgasreinigungseinheit selbsterhaltend, also ohne zusätzliche äußere Erwärmung, sein kann.
Ein solches Produktionssystem erfordert den Einsatz einer großen Menge an thermischer und elektrischer Energie. Beispielsweise werden die Dosenbeschichtungen bei ca. 200° C getrocknet. Darüber hinaus werden in der Reinigungsvorrichtung Reinigungsfluide mit ca. 60 - 80° C oder auch in der Dosenumformvorrichtung Öl mit einer Temperatur von 80° C eingesetzt. In der Abgasreinigungseinheit wir eine Temperatur zwischen 500 - 900 °C erreicht.
Um die hohen Temperaturen der verwendeten Fluide einzustellen, wird üblicherweise ein Gasbrenner eingesetzt, der in der Regel CO2 emittiert. Um die niedrigeren Temperaturen der verwendeten Fluide einzustellen, können Heizregister eingesetzt werden. Ferner erfordern eine Vielzahl an Antrieben innerhalb des Produktionssystems elektrische Energie.
Üblicherweise entspricht der thermische Energieverbrauch im Wesentlichen dem elektrischen Energieverbrauch. Insbesondere unter Berücksichtigung der derzeit verfügbaren Energien, die weltweit überwiegend mit Kohle und Öl erzeugt werden, ist die CO2-Bilanz eines solchen Produktionssystems ungenügend. Darüber hinaus ist zu berücksichtigen, dass der Wirkungsgrad von solchen Produktionssystemen gering ist, beispielsweise bei ca. 30 %.
Es ist eine Anforderung aus der Industrie und Politik, die Herstellung von Dosen energieeffizienter zu gestalten. Insbesondere ist es ein Ziel, den CO2-Ausstoß zu verringern und gegebenenfalls zu vermeiden. Darüber hinaus ist aufgrund stetig steigender Energiekosten eine weitere Reduktion des Energieaufwandes wünschenswert, um die Kosten zur Herstellung von metallischen Dosen zu senken.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Produktionssystem und ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Dosen bereitzustellen, die einen oder mehrere der genannten Nachteile vermindern oder beseitigen. Es ist insbesondere eine Aufgabe der Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, die eine CO2-verminderte oder eine CO2-freie Herstellung von metallischen Dosen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Produktionssystem und einem Verfahren nach den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Aspekte sind in den jeweiligen abhängigen Patentansprüchen angegeben. Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
Gemäß einem ersten Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Produktionssystem zur Herstellung von metallischen Dosen, insbesondere von Zweiteildosen, umfassend ein Herstellungssystem zur Herstellung der Dosen mit thermischer Energie und/oder elektrischer Energie, eine Energieerzeugungsvorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie und von thermischer Energie, wobei das Herstellungssystem mit der Energieerzeugungsvorrichtung thermisch und elektrisch gekoppelt ist, um dem Herstellungssystem thermische Energie und elektrische Energie bereitzustellen, sodass der Wirkungsgrad des Herstellungssystems erhöht wird.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Wirkungsgrad des Herstellungssystems durch eine Kopplung mit einer Energieerzeugungsvorrichtung steigerbar ist. Insbesondere durch die Nutzung der thermischen Energie der Energieerzeugungsvorrichtung wird der Wirkungsgrad gesteigert.
Der Erfindung liegt darüber hinaus die Erkenntnis zugrunde, dass derartige Energieerzeugungsvorrichtungen in der Regel Energieträger mit thermischen Energien, die unterschiedliche Energieniveaus aufweisen, zur Verfügung stellen, sodass diese unterschiedlichen Energieträger, beispielsweise ein Abgas und ein Kühlfluid, in den unterschiedlichen Herstellungsvorrichtungen des Herstellungssystems gezielt zur Wirkungsgradoptimierung eingesetzt werden können. Die Umwandlung einer Primärenergie in thermische Energie und elektrische Energie sollte räumlich nah zum Herstellungssystem erfolgen, da ansonsten bei der Weiterleitung der thermischen Energie vergleichsweise hohe Verluste auftreten.
Das Herstellungssystem ist angeordnet und ausgebildet, um Dosen herzustellen. Hierfür umfasst das Herstellungssystem vorzugsweise mindestens eine Herstellungsvorrichtung. Es ist insbesondere bevorzugt, dass das Herstellungssystem zwei oder mehr Herstellungsvorrichtungen aufweist. Die Energieerzeugungsvorrichtung ist angeordnet und ausgebildet, um elektrische Energie und thermische Energie zu erzeugen. Beispielsweise wird ein Primärenergieträger in die elektrische Energie und die thermische Energie umgewandelt. Die Energieerzeugungsvorrichtung kann beispielsweise als ein Blockheizkraftwerk ausgebildet sein.
Das Herstellungssystem und die Energieerzeugungsvorrichtung sind thermisch und elektrisch miteinander gekoppelt. Die thermische Kopplung des Herstellungssystems mit der Energieerzeugungsvorrichtung kann beispielsweise über eine im Wesentlichen fluiddichte Leitung, beispielsweise ein Rohr, ausgebildet werden. Die elektrische Kopplung kann beispielsweise mittels eines elektrischen Leiters ausgebildet werden.
Eine bevorzugte Ausführungsvariante des Produktionssystems zeichnet sich dadurch aus, dass die Energieerzeugungsvorrichtung eine Wärmekraftmaschine, die eingerichtet ist, die thermische Energie bereitzustellen, und einen Generator der eingerichtet ist, die elektrische Energie bereitzustellen, aufweist.
Die Wärmekraftmaschine ist eine Maschine, die Wärme in mechanische Energie umwandelt. Die Wärmekraftmaschine kann beispielsweise ein Verbrennungsmotor, eine Kolbendampfmaschine, ein Sterlingmotor oder eine Gasturbine sein oder umfassen. Ferner sind alle weiteren bekannten Wärmekraftmaschinen grundsätzlich geeignet, um mit dem Generator gekoppelt zu werden. Die Energieerzeugungsvorrichtung kann auch eine Brennstoffzelle aufweisen. Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass der Generator eingerichtet ist, die oder einen Teil der thermischen Energie bereitzustellen.
Eine bevorzugte Fortbildung des Produktionssystems zeichnet sich dadurch aus, dass die Energieerzeugungsvorrichtung eine Leistung zwischen 0,1 MW und 10 MW, insbesondere zwischen 2 MW bis 5 MW, beispielsweise 3 MW, aufweist.
Unter einer Leistung ist insbesondere die Gesamt-Abgabe-Leistung zu verstehen, die üblicherweise von Herstellern von Energieerzeugungsvorrichtungen angegeben wird. Eine derartige Energieerzeugungsvorrichtung erzeugt die elektrische und thermische Energie, die von dem Herstellungssystem zur Herstellung der Dosen benötigt wird. Somit kann eine kompakte Bauweise des Produktionssystems und insbesondere auch ein im Wesentlichen autonomer Betrieb des Produktionssystems ermöglicht werden, insbesondere in abgelegenen Regionen.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante des Produktionssystems zeichnet sich dadurch aus, dass die Energieerzeugungsvorrichtung und das Herstellungssystem derart miteinander gekoppelt sind, dass ein Energieträger der thermischen Energie von der Energieerzeugungsvorrichtung zu dem Herstellungssystem übertragbar und das Herstellungssystem angeordnet und ausgebildet ist, um den Energieträger als ein Prozessfluid in dem Herstellungssystem zu verwenden. Darüber hinaus kann es bevorzugt sein, dass das Herstellungssystem angeordnet und ausgebildet ist, um die thermische Energie des Energieträgers an ein Prozessfluid zu übertragen.
Im Falle, dass der Energieträger als ein Prozessfluid in dem Herstellungssystem verwendet wird, kann beispielsweise ein Kühlwasser der Wärmekraftmaschine als ein Reinigungsfluid in einer Reinigungsvorrichtung des Herstellungssystems verwendet werden. Darüber hinaus kann beispielsweise ein Abgas der Wärmekraftmaschine als ein Trocknungsfluid in einem Stiftofen, in dem die äußere Beschichtung der Dosen mit ca. 180° C getrocknet wird, verwendet werden.
Die Übertragung der thermischen Energie des Energieträgers an ein Prozessfluid hat den Vorteil, dass eine höhere Energiedichte bei dem Transport zwischen der Energieerzeugungsvorrichtung und dem Herstellungssystem ermöglicht wird und somit die Isolierung der Leitung zwischen der Energieerzeugungsvorrichtung und dem Herstellungssystem vereinfacht ist. Darüber hinaus können die Verluste reduziert werden.
Des Weiteren kann mittels einer derartigen Übertragung die Menge der übertragenen thermischen Energie gezielt gesteuert werden, sodass lediglich die Menge an thermischer Energie übertragen wird, wie tatsächlich für den Herstellungsprozess der Dosen erforderlich ist. Darüber hinaus hat eine Übertragung der thermischen Energie des Energieträgers an das Prozessfluid den Vorteil, dass das Prozessfluid im Wesentlichen wasserdampffrei zur Verfügung gestellt wird. Somit kann beispielsweise in dem Stiftofen eine bessere Trocknung ermöglicht werden.
In einer weiteren bevorzugten Fortbildung des Produktionssystems ist vorgesehen, dass die Energieerzeugungsvorrichtung eine Heizeinheit zur Temperierung des Energieträgers aufweist, um die thermische Energie zu erhöhen. Somit kann die Temperatur des Prozessfluids, beispielsweise 900 °C in einer Abgasreinigungsanlage, erreicht werden.
Im Falle, dass die thermische Energie des Energieträgers nicht für den spezifischen Herstellungsschritt der Dosen in dem Herstellungssystem ausreicht, kann die thermische Energie mit einer Heizeinheit, beispielsweise einem Heizregister, erhöht werden. Somit wird die Energieeffizienz erhöht, da die Heizeinheit kleiner ausgebildet werden kann, als dies in üblichen Produktionssystemen erforderlich ist.
Ferner ist es bevorzugt, dass das Produktionssystem eine Abgasreinigungseinheit umfasst, die angeordnet und ausgebildet ist, ein Abgas der Energieerzeugungsvorrichtung und der Heizeinheit zu reinigen. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass lediglich eine Abgasreinigungsanlage erforderlich ist, die die Abgase der Energieerzeugungsvorrichtung und der Heizeinheit reinigt.
Eine weitere bevorzugte Fortbildung des Produktionssystems umfasst einen ersten Wärmetauscher, der angeordnet und ausgebildet ist, die thermische Energie von dem Energieträger auf ein Übertragungsmedium zu übertragen, eine Übertragungseinheit zur Übertragung des Übertragungsmediums an einen zweiten Wärmetauscher, wobei der zweite Wärmetauscher angeordnet und ausgebildet ist, die übertragende thermische Energie an ein Prozessfluid des Herstellungssystems zu übertragen.
Die Energieerzeugungsvorrichtung weist den Vorteil auf, dass die dezentrale und ganzheitliche Energieversorgung sowie die Energieeffizienz erhöht wird und hierzu eine räumliche Nähe zu dem Herstellungssystem bevorzugt ist. Es ist insbesondere bevorzugt, dass das Herstellungssystem und die Energieerzeugungsvorrichtung als eine Einheit ausgebildet sind.
Der erste Wärmetauscher ist vorzugsweise von der Energieerzeugungsvorrichtung umfasst. Der zweite Wärmetauscher ist vorzugsweise von dem Herstellungssystem, insbesondere von einer im Folgenden noch näher erläuterten Herstellungsvorrichtung, umfasst.
Der Einsatz der Wärmetauscher ermöglicht die im Vorherigen beschriebene Übertragung der thermischen Energie des Energieträgers an ein Prozessfluid. Darüber hinaus ermöglicht die Anordnung eines ersten und eines zweiten Wärmetauschers eine besonders effiziente Übertragung der thermischen Energie von der Energieerzeugungsvorrichtung zu dem Herstellungssystem. Das Prozessfluid des Herstellungssystems kann allgemein Luft, Wasser oder Öl sein.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante des Produktionssystems zeichnet sich dadurch aus, dass die Energieerzeugungsvorrichtung angeordnet und ausgebildet ist, die thermische Energie als eine erste thermische Energie mit einem ersten thermischen Energieniveau und als eine zweite thermische Energie mit einem von dem ersten thermischen Energieniveau verschiedenen, zweiten thermischen Energieniveau bereitzustellen, um Prozessfluide des Herstellungssystems auf unterschiedliche Temperaturen zu temperieren.
Dieses Temperieren bezieht sich einerseits auf eine indirekte Temperierung mittels eines Wärmetauschers oder einer direkten Temperierung, in dem Falle, dass die Energieträger der ersten und der zweiten thermischen Energie unmittelbar als Prozessfluide eingesetzt werden.
Die Bereitstellung einer ersten thermischen Energie und einer zweiten thermischen Energie mit unterschiedlichen Energieniveaus hat den besonderen Vorteil, dass diese Energien gezielt in den unterschiedlichen Herstellungsvorrichtungen des Herstellungssystems verwendet werden können, wobei deren unterschiedliche Temperaturanforderungen berücksichtigbar sind. Somit wird die Energieeffizienz des Produktionssystems weiter gesteigert.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante des Produktionssystems ist vorgesehen, dass ein erster Energieträger der ersten thermischen Energie ein Abgas der Wärmekraftmaschine ist oder umfasst, und/oder ein zweiter Energieträger der zweiten thermischen Energie ein Kühlfluid der Wärmekraftmaschine und/oder des Generators ist oder umfasst.
Das Abgas einer Wärmekraftmaschine hat in der Regel eine hohe Temperatur, beispielsweise 500° C. Das Kühlfluid kann beispielsweise eine Temperatur von 80° C aufweisen.
Es ist darüber hinaus bevorzugt, dass das Produktionssystem zwei Wärmetauschersysteme aufweist. Ein erstes Wärmetauschersystem kann zur Übertragung der ersten thermischen Energie von dem ersten Energieträger auf ein erstes Übertragungsmedium einen ersten Wärmetauscher und zur Übertragung der ersten thermischen Energie von dem ersten Übertragungsmedium auf ein erstes Prozessfluid mit einer hohen Temperatur einen zweiten Wärmetauscher aufweisen.
Ein zweites Wärmetauschersystem kann zur Übertragung der zweiten thermischen Energie von dem zweiten Energieträger auf ein zweites Übertragungsmedium einen dritten Wärmetauscher und zur Übertragung der zweiten thermischen Energie von dem zweiten Übertragungsmedium auf ein zweiten Prozessfluid mit einer niedrigeren Temperatur, als die Temperatur des ersten Prozessfluids, einen zweiten Wärmetauscher aufweisen.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante des Produktionssystems zeichnet sich dadurch aus, dass das Herstellungssystem eine erste Herstellungsvorrichtung und eine zweite Herstellungsvorrichtung aufweist, und die erste Herstellungsvorrichtung und die zweite Herstellungsvorrichtung derart mit der Energieerzeugungsvorrichtung thermisch gekoppelt sind, dass der ersten Herstellungsvorrichtung die erste thermische Energie und der zweiten Herstellungsvorrichtung die zweite thermische Energie bereitgestellt wird.
Es ist insbesondere bevorzugt, dass das erste thermische Energieniveau höher ist als das zweite thermische Energieniveau und die erste Herstellungsvorrichtung ein Stiftofen, einen Doseninnenraumtrockner und/oder ein thermischer Abluftreiniger ist, und/oder die zweite Herstellungsvorrichtung eine Dosenumformvorrichtung, eine Reinigungsvorrichtung zur Reinigung der Dosen mit einem Reinigungsfluid und/oder eine Trocknungsvorrichtung zur Trocknung von Reinigungsfluid aufweisenden Dosen ist.
Somit erfordert die erste Herstellungsvorrichtung den Einsatz eines Prozessfluides mit einer hohen Temperatur, das durch Verwendung der ersten thermischen Energie mit dem höheren ersten thermischen Energieniveau bereitgestellt wird. Darüber hinaus erfordert die zweite Herstellungsvorrichtung ein Prozessfluid mit einer geringeren Temperatur, die durch den Einsatz der zweiten thermischen Energie mit einem niedrigeren thermischen Energieniveau bereitgestellt wird.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante des Produktionssystems umfasst eine Steuerungsvorrichtung, die eingerichtet ist, die Energieerzeugungsvorrichtung derart zu steuern, dass die thermische Energie und die elektrische Energie in Abhängigkeit eines Bedarfs des Herstellungssystems an thermischer Energie und elektrischer Energie bereitgestellt wird.
Der Bedarf des Herstellungssystems an thermischer Energie und elektrischer Energie kann beispielsweise in Abhängigkeit einer Transportdichte der Dosen durch die erste und/oder zweite Herstellungsvorrichtung bedingt sein. Ferner kann auch eine Doseneigenschaft der Dosen zu einem unterschiedlichen Bedarf an thermischer und elektrischer Energie führen.
Es ist darüber hinaus bevorzugt, dass die Steuerungsvorrichtung eingerichtet ist, einen Durchfluss durch den ersten Wärmetauscher und/oder den zweiten Wärmetauscher zu steuern, um eine Temperatur des Prozessfluids einzustellen. Je geringer der Durchfluss durch den ersten Wärmetauscher und/oder den zweiten Wärmetauscher eingestellt wird, desto geringer ist üblicherweise die übertragene thermische Energie. Somit kann das Produktionssystem eine höhere Effizienz aufweisen.
Der Durchfluss kann beispielsweise ein Durchflussvolumen und/oder eine Durchflussmenge je Zeiteinheit sein. Darüber hinaus kann der Durchfluss eine Durchflussgeschwindigkeit sein. Die Temperatur kann insbesondere eine vordefinierte Temperatur oder ein vordefinierter Temperaturbereich sein.
Es ist darüber hinaus bevorzugt, dass das Übertragungsmedium ein Hochtemperaturöl ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante des Produktionssystems ist vorgesehen, dass die Wärmekraftmaschine ausgebildet ist, um mit Wasserstoff und/oder Biogas betrieben zu werden. Eine derartig ausgebildete Wärmekraftmaschine ermöglicht ein Produktionssystem, das eine im Wesentlichen vollständige CO2-freie Herstellung von Dosen ermöglicht.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante des Produktionssystems umfasst eine Photovoltaikeinheit zur Erzeugung von elektrischer Energie aus Strahlungsenergie, insbesondere Sonnenlicht, wobei die Energieerzeugungsvorrichtung die elektrische Energie in Abhängigkeit der von der Photovoltaikeinheit erzeugten Energie bereitstellt.
Das Umfeld von Produktionssystemen wird üblicherweise klimatisiert, da im Umfeld des Produktionssystems üblicherweise zumindest zeitweise Bediener tätig sind. Dies ist üblicherweise tagsüber der Fall. Infolgedessen kann tagsüber die Photovoltaikeinheit eingerichtet sein, um eine Klimaanlage zu betreiben. Nachts wird die Photovoltaikeinheit im Wesentlichen keine Energie erzeugen, wobei dies auch nicht erforderlich ist, da nachts in der Regel keine Klimaanlage notwendig ist.
Es ist bevorzugt, dass das Produktionssystem einen Sensor zur Erfassung der elektrischen Leistung aufweist. Der Sensor zur Erfassung der elektrischen Leistung kann beispielsweise einen Strom, eine Spannung und/oder eine Phasenlage erfassen.
Es ist ferner bevorzugt, dass das Produktionssystem einen Sensor zur Erfassung der thermischen Leistung aufweist, beispielsweise eines Durchflusses und/oder einer Temperatur. Der Durchfluss kann beispielsweise über Druckdifferenz, Flügelräder, ein thermisches Anemometer erfasst werden. Die mittels eines, zwei oder mehrerer Sensoren erfassten Daten können zur Ermittlung einer Energieeinsparung verwendet werden. Die Energieeinsparung kann einem Bediener mittels einer Anzeigevorrichtung angezeigt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Dosen, umfassend die Schritte: Erzeugen von thermischer Energie und elektrischer Energie mittels einer Energiebereitstellungsvorrichtung, Übertragen der thermischen Energie und/oder elektrischen Energie zu einem Herstellungssystem zur Herstellung der Dosen, und Herstellen der Dosen mit der bereitgestellten thermischen Energie und/oder elektrischen Energie.
Das Verfahren und seine möglichen Fortbildungen weisen Merkmale beziehungsweise Verfahrensschritte auf, die sie insbesondere dafür geeignet machen, für ein Produktionssystem und seine Fortbildungen verwendet zu werden.
Für weitere Vorteile, Ausführungsvarianten und Ausführungsdetails der weiteren Aspekte und ihrer möglichen Fortbildungen wird auch auf die zuvor erfolgte Beschreibung zu den entsprechenden Merkmalen und Fortbildungen des Produktionssystems verwiesen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden exemplarisch anhand der beiliegenden Figuren erläutert. Es zeigen:

1: eine schematische, zweidimensionale Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Produktionssystems; und
2: eine schematische Darstellung eines Verfahrens.

In den Figuren sind gleiche oder im Wesentlichen funktionsgleiche beziehungsweise -ähnliche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
1 zeigt ein Produktionssystem 1 zur Herstellung von metallischen Dosen 3. Das Produktionssystem 1 umfasst ein Herstellungssystem 2 zur Herstellung der Dosen mit thermischer Energie und elektrischer Energie. Das Herstellungssystem 2 umfasst eine erste Herstellungsvorrichtung 24, die als ein Doseninnenraumtrockner, ein sogenannter IBO, ausgebildet ist, der die Dosen 3 mit einem Prozessfluid 22 trocknet. Darüber hinaus umfasst das Herstellungssystem 2 eine zweite Herstellungsvorrichtung 32, die als eine Reinigungsvorrichtung zur Reinigung der Dosen 3 mit einem Reinigungsfluid 36 ausgebildet ist.
Darüber hinaus umfasst das Produktionssystem 1 eine Energieerzeugungsvorrichtung 4, die eine Wärmekraftmaschine 6 und einen Generator 8 aufweist. Die Wärmekraftmaschine 6 ist zur Erzeugung von kinetischer Energie ausgebildet, um den Generator 8 anzutreiben. Der Generator 8 erzeugt elektrische Energie. Ferner erzeugt die Energieerzeugungsvorrichtung 4 mittels der Wärmekraftmaschine 6 thermische Energie, insbesondere durch ein Abgas 16 und eine aufgewärmte Kühlflüssigkeit 47. Das Herstellungssystem 2 ist mit der Energieerzeugungsvorrichtung 4 thermisch und elektrisch mittels einer ersten Übertragungseinheit 10, einer zweiten Übertragungseinheit 42 und einem elektrischen Leiter 28 gekoppelt. Somit wird dem Herstellungssystem 2 thermische Energie und elektrische Energie bereitgestellt, sodass der Wirkungsgrad des Herstellungssystems 2 erhöht wird. Die Energieerzeugungsvorrichtung 4 kann beispielsweise eine Leistung von 3 MW aufweisen.
Die Energieerzeugungsvorrichtung 4 ist angeordnet und ausgebildet, um die thermische Energie als eine erste thermische Energie 14 mit einem ersten thermischen Energieniveau und als eine zweite thermische Energie 46 mit einem von dem ersten thermischen Energieniveau verschiedenen, zweiten thermischen Energieniveau bereitzustellen, um die Prozessfluide 22, 36 des Herstellungssystems 2 auf unterschiedliche Temperaturen zu temperieren. Dies ist insbesondere von Vorteil, da der Doseninnenraumtrockner 24 eine Temperatur von beispielsweise 200°C des Prozessfluids 22 und die Reinigungsvorrichtung 32 eine Temperatur von 60 - 80°C des Prozessfluids 36 erfordert.
Das Produktionssystem 1 umfasst darüber hinaus zwei Wärmetauschersysteme. Das erste Wärmetauschersystem umfasst einen ersten Wärmetauscher 18 und einen zweiten Wärmetauscher 20. Im ersten Wärmetauscher 18 wird die erste thermische Energie 14 des Abgases 16 an ein erstes Übertragungsmedium 12 übertragen. Mittels des ersten Übertragungsmediums 12 wird unter Verwendung der ersten Übertragungseinheit 10 die erste thermische Energie 14 zu dem zweiten Wärmetauscher 20 transportiert. Im zweiten Wärmetauscher 20 wird die erste thermische Energie an das Prozessfluid 22 der ersten Herstellungsvorrichtung 24 übertragen. Vom zweiten Wärmetauscher ausgehend kann das Prozessfluid 22 mittels einer ersten Fluidvorrichtung 27, beispielsweise einem ersten Ventilator, in eine Trocknungskammer 26 der ersten Herstellungsvorrichtung 24 strömen und die Dosen 3 innerhalb der Trocknungskammer trocknen.
Das zweite Wärmetauschersystem umfasst einen dritten Wärmetauscher 40 und einen vierten Wärmetauscher 48. Der dritte Wärmetauscher 40 ist eingerichtet, eine zweite thermische Energie 46 der Kühlflüssigkeit 47 der Wärmekraftmaschine 6 an ein zweites Übertragungsmedium 44 zu übertragen, mit dem die zweite thermische Energie 46 an den vierten Wärmetauscher 48 übertragen wird. Der vierte Wärmetauscher 48 ist angeordnet und ausgebildet, um die zweite thermische Energie 46 auf das Prozessfluid 36 der zweiten Herstellungsvorrichtung 32 zu übertragen. Von dort aus strömt das Prozessfluid 36 mittels einer zweiten Fluidvorrichtung 38, beispielsweise einer Pumpe, in eine Reinigungskammer 34 der Reinigungsvorrichtung 32, um dort die Dosen 3 zu reinigen.
Ferner ist eine Heizeinheit 50 angeordnet, die zur Temperierung der Kühlflüssigkeit 47 ausgebildet ist. Somit kann die Temperatur der Kühlflüssigkeit 47 weiter gesteigert werden, um eine entsprechende Temperierung des Prozessfluids 36 zu ermöglichen. Die Heizeinheit 50 kann darüber hinaus angeordnet und ausgebildet sein, um das Abgas 16 zu temperieren.
Der Generator 8 ist mit dem elektrischen Leiter 28 gekoppelt, um elektrische Energie 30 an das Herstellungssystem 2 zu übertragen. Ferner kann das Produktionssystem 1 eine Photovoltaikeinheit 56 aufweisen, die dem Herstellungssystem 1 ebenfalls elektrische Energie bereitstellt.
Ferner ist es bevorzugt, dass das Produktionssystem eine Abgasreinigungseinheit 52 aufweist, die angeordnet und ausgebildet ist, ein Abgas 16 der Energieerzeugungsvorrichtung 4 und der Heizeinheit 50 zu reinigen.
Darüber hinaus umfasst das Produktionssystem 1 eine Steuerungsvorrichtung 54, die eingerichtet ist, die Energieerzeugungsvorrichtung 4 derart zu steuern, dass die thermische Energie 14, 46 und die elektrische Energie 30 in Abhängigkeit eines Bedarfs des Herstellungssystems 2 an thermischer Energie und elektrischer Energie bereitgestellt wird. Darüber hinaus kann die Steuerungsvorrichtung 54 eingerichtet sein, einen Durchfluss durch den ersten Wärmetauscher 18, den zweiten Wärmetauscher 20, den dritten Wärmetauscher 40 und/oder den vierten Wärmetauscher 48 zu steuern, um die Temperatur der Prozessfluide 22, 36 einzustellen.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens. In Schritt 100 wird thermische Energie 14, 46 und elektrische Energie 30 mittels einer Energiebereitstellungsvorrichtung 4 erzeugt. In Schritt 102 wird die thermische Energie 14, 46 und/oder die elektrische Energie 30 zu einem Herstellungssystem 2 zur Herstellung der Dosen 3 übertragen. In Schritt 104 werden die Dosen 3 mit der bereitgestellten thermischen Energie 14, 46 und/oder elektrischen Energie 30 hergestellt.
Das im Vorherigen beschriebene Produktionssystem 1 zeichnet sich durch einen gesteigerten Wirkungsgrad aus. Der Wirkungsgrad dieses Produktionssystems beträgt ca. 80 %, sodass eine Steigerung um ca. 50 Prozentpunkte erreicht wird. Ein derartiges Produktionssystem 1 ermöglicht die Herstellung von Dosen 3 mit einem verringerten CO₂-Footprint oder CO2-frei. Unter Berücksichtigung, dass jedes Jahr mehrere hundert Milliarden Dosen weltweit hergestellt werden, ermöglicht somit das im Vorherigen beschriebene Produktionssystem 1 die Verringerung des CO₂-Ausstoßes um mehrere Millionen Tonnen.
Bezugszeichenliste

1: Produktionssystem
2: Herstellungssystem
3: metallische Dosen
4: Energieerzeugungsvorrichtung
6: Wärmekraftmaschine
8: Generator
10: erste Übertragungseinheit
12: erstes Übertragungsmedium
14: erste thermische Energie
16: erster Energieträger, Abgas
18: erster Wärmetauscher
20: zweiter Wärmetauscher
22: Prozessfluid
24: erste Herstellungsvorrichtung
26: Trocknungskammer
27: erste Fluidvorrichtung
28: elektrischer Leiter
30: elektrische Energie
32: zweite Herstellungsvorrichtung
34: Reinigungskammer
36: Prozessfluid
38: zweite Fluidvorrichtung
40: dritter Wärmetauscher
42: zweite Übertragungseinheit
44: zweites Übertragungsmedium
46: zweite thermische Energie
47: zweiter Energieträger, Kühlflüssigkeit
48: vierter Wärmetauscher
50: Heizeinheit
52: Abgasreinigungseinheit
54: Steuerungsvorrichtung
56: Photovoltaikeinheit

Claims

Produktionssystem (1) zur Herstellung von metallischen Dosen (3), umfassend - ein Herstellungssystem (2) zur Herstellung der Dosen (3) mit thermischer Energie (14, 46) und/oder elektrischer Energie, - eine Energieerzeugungsvorrichtung (4) zur Erzeugung von elektrischer Energie (30) und von thermischer Energie (14, 46), - wobei das Herstellungssystem (2) mit der Energieerzeugungsvorrichtung (4) thermisch und elektrisch gekoppelt ist, um dem Herstellungssystem (2) thermische Energie (14, 46) und elektrische Energie (30) bereitzustellen, sodass der Wirkungsgrad des Herstellungssystems erhöht wird.
Produktionssystem (1) nach Anspruch 1, wobei die Energieerzeugungsvorrichtung (4) eine Wärmekraftmaschine (6), die eingerichtet ist, die thermische Energie bereitzustellen, und einen Generator (8), der eingerichtet ist, die elektrische Energie bereitzustellen, aufweist.
Produktionssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Energieerzeugungsvorrichtung (4) eine Leistung zwischen 0,1 MW und 10 MW, insbesondere zwischen 2 MW bis 5 MW, beispielsweise 3 MW, aufweist.
Produktionssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei - die Energieerzeugungsvorrichtung (4) und das Herstellungssystem (2) derart miteinander gekoppelt sind, dass ein Energieträger (16, 47) der thermischen Energie von der Energieerzeugungsvorrichtung (4) zu dem Herstellungssystem (2) übertragbar ist und das Herstellungssystem (2) angeordnet und ausgebildet ist, um - den Energieträger als ein Prozessfluid (22, 36) in dem Herstellungssystem (2) zu verwenden, und/oder - die thermische Energie des Energieträgers an ein Prozessfluid (22, 36) zu übertragen.
Produktionssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei - die Energieerzeugungsvorrichtung (4) eine Heizeinheit (50) zur Temperierung des Energieträgers aufweist, um die thermische Energie zu erhöhen.
Produktionssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend - eine Abgasreinigungseinheit (52), die angeordnet und ausgebildet ist, ein Abgas der Energieerzeugungsvorrichtung (4) und der Heizeinheit zu reinigen.
Produktionssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend - einen ersten Wärmetauscher (18), der angeordnet und ausgebildet ist, die thermische Energie von dem Energieträger (16, 47) auf ein Übertragungsmedium (12, 44) zu übertragen, - eine Übertragungseinheit (19, 42) zur Übertragung des Übertragungsmediums an einen zweiten Wärmetauscher (20), - wobei der zweite Wärmetauscher angeordnet und ausgebildet ist, die übertragende thermische Energie an ein Prozessfluid (22, 36) des Herstellungssystems zu übertragen.
Produktionssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Energieerzeugungsvorrichtung (4) angeordnet und ausgebildet ist, die thermische Energie als eine erste thermische Energie (14) mit einem ersten thermischen Energieniveau und als eine zweite thermische Energie (46) mit einem von dem ersten thermischen Energieniveau verschiedenen, zweiten thermischen Energieniveau bereitzustellen, um Prozessfluide (22, 36) des Herstellungssystems auf unterschiedliche Temperaturen zu temperieren.
Produktionssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei - ein erster Energieträger (16) der ersten thermischen Energie ein Abgas der Wärmekraftmaschine ist oder umfasst, und/oder - ein zweiter Energieträger (47) der zweiten thermischen Energie ein Kühlfluid der Wärmekraftmaschine und/oder des Generators ist oder umfasst.
Produktionssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei - das Herstellungssystem (2) eine erste Herstellungsvorrichtung (24) und eine zweite Herstellungsvorrichtung (32) aufweist, und - die erste Herstellungsvorrichtung und die zweite Herstellungsvorrichtung derart mit der Energieerzeugungsvorrichtung (4) thermisch gekoppelt sind, dass der ersten Herstellungsvorrichtung die erste thermische Energie und der zweiten Herstellungsvorrichtung die zweite thermische Energie bereitgestellt wird.
Produktionssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei - das erste thermische Energieniveau höher ist als das zweite thermische Energieniveau, und - die erste Herstellungsvorrichtung (24) ein Stiftofen, ein Doseninnenraumtrockner und/oder ein thermischer Abluftreiniger ist, und/oder - die zweite Herstellungsvorrichtung (32) eine Dosenumformvorrichtung, eine Reinigungsvorrichtung zur Reinigung der Dosen (3) mit einem Reinigungsfluid und/oder eine Trocknungsvorrichtung zur Trocknung von reinigungsfluidaufweisenden Dosen (3) ist.
Produktionssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend eine Steuerungsvorrichtung (54), die eingerichtet ist, die Energieerzeugungsvorrichtung (4) derart zu steuern, dass die thermische Energie und die elektrische Energie in Abhängigkeit eines Bedarfs des Herstellungssystems an thermischer Energie und elektrischer Energie bereitgestellt wird.
Produktionssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Steuerungsvorrichtung (54) eingerichtet ist, einen Durchfluss durch den ersten Wärmetauscher (18) und/oder den zweiten Wärmetauscher (20) zu steuern, um eine Temperatur des Prozessfluids einzustellen.
Produktionssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Übertragungsmedium (12, 44) ein Hochtemperaturöl ist.
Produktionssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Wärmekraftmaschine (6) ausgebildet ist, um mit Wasserstoff und/oder Biogas betrieben zu werden.
Produktionssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend eine Photovoltaikeinheit (56) zur Erzeugung von elektrischer Energie aus Strahlungsenergie, insbesondere Sonnenlicht, wobei die Energieerzeugungsvorrichtung (4) die elektrische Energie in Abhängigkeit der von der Photovoltaikeinheit erzeugten Energie bereitstellt.
Verfahren zur Herstellung von metallischen Dosen (3), umfassend die Schritte: - Erzeugen von thermischer Energie und elektrischer Energie mittels einer Energieerzeugungsvorrichtung; - Übertragen der thermischen Energie und/oder elektrischen Energie zu einem Herstellungssystem (2) zur Herstellung der Dosen (3); - Herstellen der Dosen (3) mit der bereitgestellten thermischen Energie und/oder elektrischen Energie.