REDUKTION DES CO2 – FOOTPRINTS IN DER FILTRATION BEIM SCHLEIFEN

Nachhaltige und energieeffiziente Anlagen

Die Lehmann-UMT projektierte in agiler Zusammenarbeit mit einem Kunden, auf Basis seiner Anfrage, eine nachhaltige Schneidölaufbereitungsanlage zur Filtration verwendeter Kühlschmierstoffe aus der Produktion von Bearbeitungsmaschinen und Präzisionswerkzeugen. Ziel war es, eine Anlage zu konzipieren, die den aktuellen Anforderungen der Schleiftechnik unter Berücksichtigung von Energieeffizienz, Nachhaltigkeit und Investitionskosten gerecht wird.

Datenerhebung und Optimierungspotenziale

Die Basis des Projekts bildeten Datenerhebungen über die aktuell beim Kunden angewandte Filtertechnik. Hierzu wurden beispielsweise Messreihen über den Strombedarf des verwendeten Kühlsystems aufgestellt, welche Rückschlüsse auf dessen Auslastung zuließen und infolgedessen Optimierungspotenziale identifizierten.  In einem zweiten Schritt definierte die Lehmann-UMT mit dem Schleifmaschinenhersteller die Zielgrößen für die zu konzeptio-nierende Filteranlage. Die geforderte Filterfeinheit wurde auf 5 µm festgelegt. Weitere Ziele waren die Reduzierung der benötigten Energie sowie die Verringerung der Aufstellfläche um jeweils 10 %, bei gleichbleibenden Investitionskosten. Anschließend wurde die Filteranlage speziell auf die Bedürfnisse des Kunden ausgelegt, konstruiert und gefertigt. Die Daten über die Filteranlage der Lehmann-UMT stammen aus praktischen Verfahrensnachweisen, die über mehrere Monate bei einem Referenzkunden vor Ort durchgeführt wurden.

Intelligente Anpassung der Pumpen und Kühler

Die eingehende Prozess-Analyse veranlasste die Lehmann-UMT dazu, bedarfsgerecht kleinere Maschinenversorgungspumpen zu verbauen, welche den Energieverbrauch signifikant reduzierten. Durch die Nutzung eines hydrostatischen Filters (mit hoher Wassersäule) ist es nicht nötig eine Saugpumpe zu verbauen. Der Energiebedarf der Anlage konnte durch die Nutzung der natürlich in der Umwelt vorkommenden Energie erheblich reduziert werden. Zusätzlich wurde, mithilfe der erhobenen Daten, die Größe des Kühlers auf das Gesamt-system angepasst und um 30 % reduziert. Durch die prozessbezogene Bedarfsermittlung und die anschließende passgenaue Auslegung der Anlage konnte zudem der Energiebedarf des gesamten Prozesses signifikant verringert werden.

Effizienzvorteile durch mehrstufige Filtration

Um die vorgegebenen Ziele zu erreichen, fand das Prinzip der mehrstufigen Filtration Anwendung. Zu diesem Zweck wurden rund 80 % des Schleifschlamms sowie Korund und Schleifscheiben-Bindemittel bereits in der ersten Filterstufe, mithilfe eines Endlosbandfilters, aus dem Prozess ausgetragen. Das System arbeitet mit einem Endlosband aus Kunststoff und benötigt kein Filterverbrauchsmaterial (Vlies), was das Abfallvolumen drastisch reduziert. Der Vorschub des Endlosbandes erfolgt vollautomatisch, sensor- und zeitgesteuert, was den Aufbau eines trockenen Filterkuchens gewährleistet. Das System arbeitet unter Nutzung des hydrostatischen Wasserdrucks (hydrostatisches Filtersystem) und benötigt für die Filtration kaum zusätzliche Energie. 

Die zweite Filtrationsstufe bildet der Industrie 4.0-fähige Automatikfilter StingR^®. Der patentierte Rückspül-Prozess ermöglicht die sichere und verschleißarme Feinstfiltration (bis zu 2 µm) abrasiver Partikel aus der Bearbeitung von Materialien, wie HSS, Hartmetall, SiSiC, Keramik und Glas. Mithilfe einer Pumpe wird das verschmutzte Medium von unten in den Filterdom hineingelassen, wo sich der Schmutz am Filterelement absetzt. Das gereinigte Medium gelangt ins Innere des Filters, wird von dort in einem Tank aufgefangen und der Bearbeitungsmaschine direkt zur Verfügung gestellt. Ein Differenzdrucksensor erfasst ein verschmutztes Filterelement vollautomatisch und löst eine bedarfsgesteuerte Rückspülung des Filterelements aus. Mittels eines kurzen Druckluftimpulses auf ein Flüssigkeitsreservoir wird der am Filterelement haftende Schmutz aus den Poren entfernt, was die Filterfläche zu nahezu 100 % reaktiviert. Die äußerst kurzen Rückspülzeiten von < 9 Sekunden ermöglichen häufiges und effektives Rückreinigen, wodurch Agglomerationen effektiv verhindert werden. Dies führt zu einer spürbaren Verbesserung der Kühlschmierstoffqualität und trägt dazu bei, den Verschleiß an den verwendeten Bearbeitungsmaschinen und Werkzeugen zu minimieren.

Kostenersparnisse und Umweltschutz

Die Filteranlage der Lehmann-UMT bringt ihrem Anwender eine Reihe von Vorteilen. Dazu zählen in erster Linie Kostenersparnisse durch die verbesserte Filterfeinheit. Insbesondere der vollautomatisierte Rückspül-Prozess sorgt für längere Standzeiten und konstant hohe Qualität der KSS. Daraus resultierend hat der Anwender weniger Verschleiß an der Bearbeitungsmaschine, der Filtration, den Werkzeugen sowie den Werkstücken. Folglich muss er weniger abrichten, produziert weniger Ausschuss und profitiert von der Reduktion der Ausschuss- und Folgekosten, welche durch die Senkung seines Energie- und Ersatzteilverbrauchs herrühren.  Die intelligente Konstruktion des Systems minimiert den Verschleiß an der Anlage und sorgt für langen Standzeiten der Öle, Werkzeuge sowie Maschinen. Damit wird die Nachhaltigkeit des gesamten Prozesses erhöht und aktiv zum Umwelt- und Ressourcenschutz beigetragen. Zudem werden anstehende Wartungsintervalle zuverlässig vorhergesagt, welche sich dann in die produktionsfreien Zeiten legen lassen, was wiederum zur Reduktion der Personalkosten führt. 

Filteranlage im Test unter realen Produktionsbedingungen

Die Anlage wurde in Zusammenarbeit mit dem Schleifanlagenhersteller beim Endkunden installiert. Beim Referenzkunde angekommen, führte man unter realen Produktionsbedingungen, einen Verfahrensnachweis über 6 Monate durch. Dabei konnten die folgenden Ergebnisse erzielt werden. Zu erkennen ist, dass die neue Lehmann Filteranlage beim Schleifen 19,18 % weniger und beim Vorbereiten 53,32 % weniger Energie verbrauchte als die ursprünglich verwendete Filteranlage. 

Zukunftsvision – Verpressen von Schleifschlamm

Die Anlage filtert sicher 200 l Öl pro Minute mit einer Filterfeinheit von 5 µm, dabei fallen große Mengen von bis zu 6 kg Schleifschlamm in der Stunde an. Der Schlamm aus den Filteranlagen beinhaltet einen gewissen Öl-Anteil, welcher rückgewonnen und dem Prozess anschließend wieder zugeführt werden kann. Die Lehmann-UMT arbeitet derzeit an einem Projekt und entwickelt dafür eine Anlage, um Schleifschlamm aus dem Endlosbandfilter und dem StingR^® auszupressen. Diese Schlammpresse wird derzeit für verschiedene Anwendungsgebiete getestet und ist geeignet für Späne aus Fräs-, Dreh- und Schleifbearbeitung sowie zur Kompaktierung der Späne. Im Labor der Lehmann-UMT führte man mit dem vermeintlich trockenem Schleifschlamm spezifische Tests durch. Dazu wog man die Späne einmal vor dem Auspressen und einmal danach. Daraus ging hervor, dass ein Öl-Anteil von ca. 30 % enthalten war. Konkret ergab das Verfahren, dass in 600 g Spänen ca. 225 g Öl enthalten waren. Besonders für Anwendungen in Öl können bis zu 40 % Öl vom Massenanteil ausgepresst werden. Mithilfe der Rückgewinnung des Schleiföls wird die Nachhaltigkeit des gesamten Filtrationsprozesses gesteigert. Das Abfallvolumen sinkt, da das Öl nicht mit entsorgt werden muss. Gleichzeitig wird die Verschwendung reduziert und das rückgewonnene Schleiföl wird den Bearbeitungsmaschinen wieder zur Verfügung gestellt. Darüber hinaus werden große Kostenersparnisse für den Anwender erzielt.  Beispielsweise fällt bei einem Kunden jede Woche 1 m³ Schleifschlamm an. In diesem Schleifschlamm sind noch 20 % Öl enthalten. Das bedeutet es werden 200 l Schleiföl pro Woche entsorgt. Auf das Jahr hochgerechnet ergibt das eine Ölmenge von 10.400 l Öl. Geht man davon aus, dass ein Liter Schleiföl 5 Euro kostet, ergibt sich eine Kostenersparnis von 52.000 Euro im Jahr, da das Schleiföl nicht so häufig aufgefüllt werden muss. Zusätzlich kann durch einen geringeren Personalaufwand zur Betreuung des Späne-Managements und der Logistik weitere Kosten eingespart werden.

Fazit

Die Analyse der Kundenprozesse sowie die passgenaue Auslegung der Anlage, die Anpassung der Maschinenversorgungspumpen und die bedarfsgerechte Auslegung der Kühler sorgten für die Reduktion der Energiekosten um 35 %. Weiterhin konnte mithilfe des innovativen Filterkonzepts der Lehmann-UMT eine Platz-ersparnis von 53 % realisiert werden.  Die Analyse der Kundenprozesse sowie die passgenaue Auslegung der Anlagen führten zu hocheffizienter Gestaltung der Filtersysteme und erschlossen dem Anwender eine Reihe von Optimierungspotenzialen. Insbesondere die Investitionskosten konnten um 22 % gesenkt werden. Mittels ganzheitlicher (Prozess-) Betrachtung konnten die Ziele nicht nur erreicht, sondern weit übertroffen werden.