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Metallbearbeitung

Effiziente Rückgewinnung von Kühlschmierstoffen

| Autor / Redakteur: Aynur Thürnagel / Rebecca Vogt

Insgesamt elf Pumpen von Spandau halten die vollautomatische Filteranlage am Laufen.
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Insgesamt elf Pumpen von Spandau halten die vollautomatische Filteranlage am Laufen. (Bild: Spandau Pumpen/SKF)

Im einem Werk in Tschechien kommen verschiedene Kühlmittelpumpen für den Bearbeitungsprozess und für eine modulare Insel-Filteranlage samt Späneförderer zum Einsatz. Seither verzeichnen die Verantwortlichen geringere Energie- und Betriebskosten sowie eine hohe Anlagenverfügbarkeit.

Um in der Metallbearbeitung eine hohe Qualität bei niedrigen Kosten zu gewährleisten, spielt auch die zuverlässige Versorgung der Werkzeugmaschinen mit Kühlschmierstoffen eine wichtige Rolle. Im Werk von SKF im tschechischen Chodov werden unter anderem Progressiv-Verteiler für Schmiersysteme gefertigt. Jedoch traten in der Vergangenheit dort immer wieder Probleme in der Produktionslinie auf: In innen gekühlten Werkzeugen kam es zu Verstopfungen durch Restschmutz. Bei den damals eingesetzten, relativ langsamen Maschinen wurden Einzelplatzlösungen als Filter-Variante verwendet. Um für eine verbesserte Produktion zu sorgen, wurde das SKF-Projektteam Manufacturing Technology unter Leitung von Steffen Siegemund ins Leben gerufen. Der Auftrag: In Chodov sollte zukünftig flexibler, in höherer Qualität und mit geringeren Kosten produziert werden. Um diese Vorgaben zu erreichen, entschied man sich für die Anschaffung schneller Einspindel-Fräszentren.

Modulare Inselanlage mit Späneförderer

Zudem traten das Projektteam und der globale Einkauf mit der Mayfran GmbH aus Aachen in Kontakt. Dabei ging es um die Frage, wie anfallende Späne effizient aufbereitet, Kühlschmierstoff zurückgewonnen und dem Fertigungsprozess wieder zugeführt werden könnte. Gemeinsam mit dem Spezialisten für Späneförderer und Filteranlagen bewertete man in einem Konzeptvergleich die Vor- und Nachteile von Einzelplatz- und Insellösung sowie Zentralversorgung. Die Entscheidung fiel schließlich zugunsten einer modularen Inselanlage mit Späneförderer aus.

Die Filteranlage bedient zwei Produktionslinien mit je drei Werkzeugmaschinen und eine Einzelplatzlösung. Dabei übernimmt das System die Vollstromreinigung von Spänen bis zu einer Größe von 25 µm sowie eine zweite Feinfilterstufe (Bypassreinigung) mittels Papierbandfilter jene bis 5 µm. Die Anlage ist mit einem Zweitschutzbehälter ausgestattet und erfüllt die Bestimmungen des Wasserhaushaltsgesetzes (WHG). Darüber hinaus verfügt sie über einen Eintauchkühler mit einer leistungsstarken Steuerung. Das SKF-Werk ist damit auf steigende Stückzahlen vorbereitet und kann diesen Kühler bei Bedarf zuschalten, um den Kühlschmierstoff auf einer konstanten Prozesstemperatur zu halten.

Als Dritter im Bunde fehlte noch ein geeigneter Pumpenhersteller. Hier konnte das Projektteam auf Know-how aus den eigenen Reihen zurückgreifen. Spandau Pumpen mit Sitz in Berlin gehört seit 2004 zur SKF-Gruppe. Das Unternehmen entwickelt und baut Lösungen für die zentrale Ver- und Entsorgung sowie die Aufbereitung rund um die Werkzeugmaschine.

Zur modularen Insel-Lösung mit Späneförderer lieferten die Berliner für den Bearbeitungsprozess drei Niederdruck- und drei Hochdruckpumpen (PS- und LMP-Baureihen) – jeweils mit Frequenzumrichtern (FU). Über ein Adapterkonzept lassen sich die verwendeten Motoren ohne größeren Aufwand mit einem FU aufrüsten. Die Pumpen mit Umrichtern laufen im Parallelbetrieb, was den steuerungstechnischen Aufwand verringert und die Betriebssicherheit erhöht. Um Ausfälle der Anlage zu verhindern, sind einige Komponenten redundant ausgelegt.

Pumpen laufen im Parallelbetrieb

Der Reinigungsprozess läuft dabei immer nach demselben Schema ab: PSH-Spülpumpen fördern das durch die Bearbeitung verschmutzte Medium von den Werkzeugmaschinen zurück zur Filteranlage. Die geklärte und wiederverwendbare Flüssigkeit wird in einen Behälter geleitet. Von diesem Reintank fördern PS-Pumpen mit Niederdruck das gefilterte Medium und LMP-Schraubenspindelpumpen das feinstgefilterte Medium mit Hochdruck zum erneuten Einsatz an die Maschinen.

Durch die Parallelsteuerung mit Masterfunktion arbeiten die Pumpen stets bedarfsgerecht und erreichen zudem eine lange Lebensdauer, da sie gleichmäßig belastet werden. Die Anlage fördert dabei nur so viel Kühlschmierstoff, wie die angeschlossenen Maschinen benötigen. Die Master- oder Wechselsteuerung gewährleistet eine homogene Laufzeit der einzelnen Pumpenaggregate. Da nicht immer alle Prozesspumpen täglich im Betrieb sind, wird alle 24 h eine andere Masterpumpe gewählt. So sind alle Komponenten einem nahezu identischen Verschleiß ausgesetzt. Die redundanten Pumpen werden regelmäßig auf Funktion geprüft.

Von den Sensoren in den Rohrleitungen erhält der Frequenzumrichter Input über den Ist-Zustand des Prozessdrucks. Der Umrichter steuert dann die Drehzahl der Pumpen, um ein gleichbleibendes Druckniveau zu erhalten. Eine Bypassregelung ist somit nicht notwendig. Zusätzlicher Energiebedarf sowie unnötiger Wärmeeintrag ins Kühlmedium werden vermieden.

Verringerter Energieverbrauch

Die automatische Anpassung der Drehzahl durch den FU kompensiert auch einen möglichen Leistungsabfall durch Verschleiß von Spindeln oder Laufrad: Der gewünschte Betriebspunkt wird weiter angesteuert, ein außerplanmäßiger Stillstand der Anlage verhindert. Man kann einen anstehenden Reparaturbedarf auf diese Weise rechtzeitig wahrnehmen und Wartungsarbeiten sinnvoll eintakten. Durch das sanfte Anfahren der Anlage mit Umrichter-Technik werden Druckstöße vermieden. Dies schont Komponenten wie Armaturen, Schläuche oder Filter und erhöht die Standzeit des gesamten Systems. Insgesamt ergibt sich dadurch in Chodov eine spürbare Senkung der Betriebskosten.

Das installierte System ist darüber hinaus besonders energieeffizient. „Aus Verbrauchsmessungen und Zerspanungsvolumina haben wir errechnet, dass der Energieverbrauch bei lediglich 40 % im Vergleich zu einer in Betrieb befindlichen Einzelplatz-Anlage liegt“, berichtet Martin Zverina, Werksleiter in Chodov. Damit liegt die Energieeinsparung bei 60 %. Des Weiteren wurden in der Anlage vier Spülpumpen (PSR-Baureihe) zur Filterreinigung und zwei Restschmutzpumpen (PMS-Baureihe) zum Abtransport von Rückständen verbaut. Für die Späneförderer mit den seitlichen Pumpstationen wurden jeweils zwei Hebepumpen (PSH-Baureihe) bereitgestellt.

Anlage kann bei Bedarf erweitert werden

Die Filteranlage ist modular aufgebaut. Eine Erweiterung der Anlage ist somit jederzeit möglich und kann bedarfsgerecht zu einem späteren Zeitpunkt erfolgen. Die Insel-Filteranlage ist auch hinsichtlich des Maschineneinsatzes flexibel. Sollte in Chodov beispielsweise noch ein Schleifzentrum oder eine weitere Fräsmaschinenlinie hinzukommen, kann der gleiche Anlagentyp verwendet werden. Zu ändern wäre lediglich die Filterqualität.

Wichtig war den Verantwortlichen bei SKF Chodov ein vollautomatischer Prozess. Daher wurde auf manuell zu reinigende Siebkörbe vor den Hebepumpen verzichtet. Die verwendeten Komponenten wie auch die dazugehörigen Filterelemente wurden speziell für diesen Einsatz entwickelt.

Die Pumpenlösung hat die Verantwortlichen in Chodov nach eigener Aussage von Anfang an überzeugt. Man profitiert demnach von einer hohen Verfügbarkeit beim Maschineneinsatz rund um die Uhr sowie von geringen Wartungszeiten. Aus Sicht von Werksleiter Zverina hat sich die Bearbeitungssicherheit in der Zerspanung deutlich verbessert.

* Weitere Informationen: Aynur Thürnagel, Product Manager bei Spandau Pumpen in 12277 Berlin, Tel. (0 30) 7 20 02-2 24, aynur.thuernagel@skf.com

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