Projekt 11452/01

Entwicklung einer Zentrifuge für Anlagen zur Kühlschmierstoffaufbereitung

Projektträger

Hoffmann Maschinen- und Apparatebau GmbH
Hauerstr. 2 - 4
38268 Lengede
Telefon: 05344/9009-0

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Bei der spanenden Werkstückbearbeitung wird, bezogen auf das Zeitspanvolumen, zunehmend mit weniger Kühlschmierstoff (KSS) gearbeitet. Zusätzlich besteht die Forderung nach einem vollständigen Verzicht von Verbrauchsmaterial und Filterhilfsmittel. Dies trägt zu einer Vereinfachung des Recyclings des Späneabfalls bei. Durch einen hohen Abscheidegrad in der ersten Reinigungsstufe kann eine nachgeschaltete Feinfiltration entlastet werden bzw. vollständig entfallen. Zudem wird eine sehr hohe Rückgewinnung des KSS aus dem Späneabfall gefordert (geringe Restfeuchte). Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung einer kontinuierlich reinigenden Zentrifuge. Die derzeit für KSS-Anlagen verfügbaren Zentrifugen erfüllen diese Forderungen nicht. Ein solches Verfahren bietet somit in ökologischer wie auch ökonomicher Weise einen bedeutenden Vorteil.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDer Entwicklung einer Zentrifuge geht eine eingehende Marktanalyse mit Bewertung der verschiedenen Zentrifugierverfahren voraus. Parallel dazu wurden die statischen und dynamischen Randbedingungen modellmäßig erfaßt. Insbesondere sollte versucht werden, dass Abscheidevermögen der Zentrifuge rechnerisch nachzubilden. Dies führt zu einer Auslegung durch Berechnungen, die in einem ersten Anforderungskonzept festgehalten werden. Erkenntnisse aus diesem Entwicklungsstadium führten zu unterschiedlichen Prototypenkonstruktionen. Es wurden mehrere Prototypen gebaut. Die zuletzt ausgeführte Variante einer kontinuierlich arbeitenden Reinigungszentrifuge kann als Vorserienmodell angesehen werden.
Die Versuche wurden ausschließlich mit einem KSS aus Mineralöl mit einer Viskosität von etwa 10 mm²/s bei 40°C durchgeführt. Der untersuchte KSS wurde mit groben und feinen Spänen aus der Nockenwellenfertigung verschmutzt. Die Analysen des gereinigten KSS wurden mit Absetztrichtern durchgeführt. Eine Analyse nach dem Partikelzählverfahren nach ISO 4406 oder NAS 1638, wie es in der Ölhydraulik gebräuchlich ist, scheiterte an einem geeignetem Gerät. Heute ist man in der Lage, Analysen der Restverschmutzung und des Restölgehaltes durchzuführen.


Ergebnisse und Diskussion

Nachdem eine umfangreiche Marktanalyse und Verfahrensbetrachtungen durchgeführt worden sind, ist für die Entwicklung ein Lastenheft erstellt worden. Anhand dieses Lastenheftes wurde die Zentrifuge ausgelegt und konstruiert. Im März 1998 konnte die erste Ausführung der Zentrifuge in Betrieb genommen werden.
Bei dieser ersten Konstruktion wurden wesentliche Erfahrungen in der Haubengestaltung gesammelt, um die während des Betriebes austretenden Ölnebel zu minimieren. Neben Labyrinthdichtstufen führten zusätzliche Abläufe in der Abdeckhaube zu einer deutlichen Minimierung der Ölnebelemissionen, die es erlauben werden, die Zentrifugen ohne eine Einhausung zu betreiben. Genaue Emissionsmessungen werden dies belegen können.
Im Verlauf der Testreihen wurden die verfahrenstechnischen Annahmen, die zur Antriebsauslegung geführt hatten, in Richtung eines wesentlich trockeneren Austrages verlagert. Dies stellt wesentlich höhere Anforderungen an das auf die Austragschnecke zu übertragende Drehmoment.
-Kupplungs-/Bremssystem
Das Kupplungs-/Bremssystem konnte in dieser Hinsicht nicht überzeugen, da sich keine Drehzahldifferenz zwischen Trommel und Schnecke ausbildete, sondern vielmehr ein Abbremsen der Trommel über Schnecke und Feststoffablagerung erreicht wurde. Als weiterer Schritt wurde ein 2-Motoren-Antrieb getestet. Allerdings reichte das Drehmoment des kleineren Antriebes nicht aus, um eine Differenzdrehzahl über eine längere Zeit aufrecht zu erhalten. Nach kurzer Zeit wurde die Differenzdrehzahl der Zentrifuge zu Null. Ein Austrag des Feststoffes war dadurch nicht mehr möglich.
- 2 Motoren-Antrieb
Das Drehmoment der Motoren war für eine dauerhafte konstante Differenzdrehzahl zu klein. Der kleinere Motor glich sich nach kurzer Zeit der Drehzahl des stärkeren Motors an, bis die Differenzdrehzahl der Zentrifuge zu Null wurde.
- Festes Übersetzungsverhältnis über Zahnriemenantrieb
Bisher konnten Differenzdrehzahlen von 180 U/min, 25 U/min und 9 U/min, nacheilende Schnecke, bezogen auf eine Trommeldrehzahl von 3380 U/min realisiert werden. Die kleine Differenzdrehzahl wurde mit einem leistungsstärkeren Zahnriemen realisiert, der ein max. Drehmoment von 98 Nm übertragen kann. Diese Zahnriemenantriebe versagten schon nach kurzer Zeit.
-Cyclo-Getriebe
Nach den verfahrenstechnischen Berechnungen ist ein Drehmoment von mindestens 500 Nm nötig, um den Feststoffaustrag zu gewährleisten. Im Mai 1999 konnte ein neuer Zentrifugentyp mit einem Cyclo-Getriebe in Betrieb genommen werden.
-Durchsatzleistung
Bei einer Durchsatzleistung von 40 l/min wurde eine sehr klare Sauberphase erreicht bei gleichzeitig sehr trockenem Feststoffausgetrag, dessen Restfeuchte bei etwa 10% (geschätzt) lag. Bei der angestrebten Durchsatzleistung von 150 l/min ist zu erwarten, dass durch die verringerte Verweilzeit die Ab-scheideleistung geringer und die Restfeuchte höher liegen wird.
-Geräuschentwicklung
Die Geräuschentwicklung lag während der Versuche bei 83 dB (A) und könnte durch einfache Dämmmaßnahmen um 3dB gesenkt werden. Geräuschmessungen mit dem Cyclo-Getriebe wurden noch nicht durchgeführt, es ist aber zu vermuten, daß der Geräuschpegel bereits jetzt unter 80 dB liegt.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Da während der Laufzeit des Vorhabens keine präsentierbaren Ergebnisse erzielt wurden, fand keine öffentliche Vorstellung statt.


Fazit

Es wurde eine Prototypen-Zentrifuge entwickelt, die es erlaubt, einen KSS von kleinsten Partikeln zu reinigen und den Schlamm mit einer sehr geringen Restfeuchte auszutragen. Dieser Zentrifugentyp sollte eingehender untersucht werden, um so weitere Kenntnisse hinsichtlich Dauereinsatz und Verschleiß zu gewinnen. Zu diesem Zeitpunkt fehlt eine genaue Analyse der erreichbaren Reinheit hinsichtlich des Klärgrades. Durch die Integration von zwei Prozess-Schritten, trennen und trocknen, erscheint der Ein-satz dieses aufwendigen Apparates durchaus wirtschaftlich und ökologisch sinnvoll zu sein.
Versuche mit anderen KSS, wie mineralölhaltiger Emulsion und synthetischer Lösung, stehen zum Abschluss der Projektlaufzeit noch aus. Es lässt sich jedoch vermuten, dass die Durchsatzleistung bei kon-stant geringer Restfeuchte sich in einen höheren Bereich verschieben wird.

Übersicht

Fördersumme

89.772,63 €

Förderzeitraum

01.06.1997 - 30.01.2001

Bundesland

Niedersachsen

Schlagwörter

Umwelttechnik