Nachhaltigkeit in der Filtration beim Schleifen

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 konzeptionierende 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 Prozent, 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 Gesamtsystem angepasst und um 30 Prozent 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 Prozent 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 Prozent reaktiviert. Die äusserst kurzen Rückspülzeiten von <9 s 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.
ie 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.
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 Prozent weniger und beim Vorbereiten 53,32 Prozent 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 zirka 30 Prozent enthalten war. Konkret ergab das Verfahren, dass in 600 g Spänen zirka 225 g Öl enthalten waren. Besonders für Anwendungen in Öl können bis zu 40 Prozent 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 Prozent 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 CHF 5 kostet, ergibt sich eine Kostenersparnis von CHF 52’000 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 Prozent.
Weiterhin konnte mithilfe des innovativen Filterkonzepts der Lehmann-UMT eine Platzersparnis von 53 Prozent 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 Prozent gesenkt werden. Mittels ganzheitlicher (Prozess-)Betrachtung konnten die Ziele nicht nur erreicht, sondern weit übertroffen werden.

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