Projekt 12679/01

Feinstfiltration von Kühlschmierstoffen

Projektträger

C & H Werkzeugmaschinen GmbH
Gänsäcker 38
78532 Tuttlingen

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Bei der Metallbearbeitung werden partikelförmige Verunreinigungen in Form von Metallabrieb, Schmutz und Staub in die als Hilfsstoffe verwendeten Kühlschmieröle eingetragen. Mit herkömmlichen Verfahren zur Reinigung der Öle wie Zentrifugation und Filtration mit verschiedenen Filtersystemen lassen sich Verunreinigungen je nach System nur bis zu Feinheiten von 1-25µm abtrennen.

Die Querstromfiltration wird bislang für die Reinigung von Ölen nicht eingesetzt. Das Ziel ist, aus Kühlschmierölen partikelförmige Verunreinigungen (bis 0,1µm) abzutrennen und dadurch die Standzeit entscheidend zu verlängern. Durch diese Feinstfiltration der Öle wird Sonderabfall vermieden. Zudem werden durch den geringeren Ölverbrauch Ressourcen geschont.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenLabor- und Technikumsversuche
Erstellung einer einfachen Vorrichtung für Laborversuche zur Querstromfiltration von Ölen, Laborversuche über Art und Weise der Durchlässigkeit von Filtrationsmembranen für Öl, Laborversuche zur Prüfung welche Typen von Ölen man reinigen kann, Langzeitversuche der Haltbarkeit einer einmaligen Behandlung der Membran, Analyse der Filtrationsergebnisse (Transferzentrum), Verstopfung der Poren und pneumatische Rückspülung, Untersuchung der Additive in Kühlschmierölen (Transferzentrum)

Anlagenbau:
Entwicklung und Bau einer Pilotanlage CT 600

Pilotphase:
Firma Geiger (Reinigung von Schneidöl und Hydrauliköl) Querstromfiltration mit Kunststoffmembran; Mannesmann-Sachs (Reinigung von Hydrauliköl) Pilotanlage CT 600 mit Edelstahlmembranen.

Die Analyse des Verschmutzungsgrades erfolgte mit Hilfe eines Laserpartikelzählers


Ergebnisse und Diskussion

Die Entwicklung begann mit der Erstellung einer einfachen Vorrichtung zur Querstromfiltration für Laborversuche. Mit dieser Versuchsvorrichtung wurde die Eignung verschiedener Membrantypen - Kunststoffmembran und Edelstahlmembran in ihrer Leistung und Beständigkeit untersucht. Die Kunststoffmembranen wurden mit kationischen und nichtionischen Tensiden für Öle durchlässig gemacht. Dabei erreichte man die besten Filtrationsergebnisse mit einer Hohlfaser-Kunststoffmembran, die man mit einem kationischen Tensid vorbehandelte. Es zeigte sich, dass Kunststoffmembranen insbesondere bei Ölen niedriger Viskosität (< 15 cSt) und geringer Verschmutzung, wie sie beim Schleifen von Keramikwerkstücken oder beim Hohnen von Stahlteilen vorliegen, wirkungsvoll waren. Die Filtration von Ölen mit hoher Viskosität (> 15 cSt) und hoher Verschmutzung ließ sich bei guter Leistung mit Edelstahlmembranen durchführen.

Langzeitversuche belegen, dass die Filtrationsleistung der mit kationischem Tensid behandelten Hohlfasermembran über einen Zeitraum von fünf Monaten nicht abnahm. Daher war eine Nachbehandlung der Membran mit Tensid nicht notwendig. Eine Verstopfung der Poren der Kunststoffmembran fand nur in geringem Maße statt. Edelstahlmembranen neigen jedoch stärker zur Verstopfung, was vermutlich eine Folge der trichterartigen Poren ist. In beiden Fällen konnte die Verstopfung durch pneumatische Rück-spülung gelöst werden. Drücke und Zeitintervalle wurden für die Rückspülung optimiert.

Über einen Zeitraum von drei Monaten wurde keine messbare Abnahme von Additiven zum Schutz gegen Verschleiß, Oxidation, Schaumbildung und Nebelbildung festgestellt. Da die Molekülgrößen der Additive sehr klein sind im Vergleich mit der Größe der Membranporen, gehen wir davon aus, dass auch über längere Zeiträume durch die Filtration keine wesentliche Abmagerung der Additive erfolgen wird.

Eine Pilotanlage zur Feinstreinigung von Kühlschmierölen wurde nach dem Prinzip der Querstromfiltration mit durchlässig gemachten Kunststoffmembranen konstruiert. Parallel dazu wurde zur Reinigung von Ölen mit hoher Viskosität (> 15 c ST) und starker Verschmutzung eine alternative Filtrationsanlage unter Verwendung von Membranen aus Edelstahlgewebe und Anwendung einer Vakuumtechnik erstellt. Beide Anlagentypen wurden für Pilotversuche eingesetzt. Die Pilotversuche führte man in zwei Betrieben und einem Berufsbildungszentrum durch. Dabei wurden verschiedene Mängel der Pilotanlagen erkannt und in einer Phase der Weiterentwicklung behoben.


Fazit

Die Ziele dieses Projektes konnten erreicht werden. Mit Hilfe einer Pilotanlage CT 600 im Dauerbetrieb konnte ein verschmutztes Öl so gut gereinigt werden, daß sein Reinheitsgrad besser war als derjenige von kommerziell erhältlichen Neuprodukten.

Ausgehend von dem 3-monatigen Praxistest bei Mannesmann-Sachs in Schweinfurt (Reinigung von Hydrauliköl mit CT 600 statt Kerzenfilter) ließen sich für diesen Einsatzfall folgende umweltrelevanten Ergebnisse im Zeitraum von 5 Jahren bilanzieren:

- Vermeidung von Sonderabfällen (ca. 125 verbrauchte Kerzenfilter);
- Ressourcenschonung (ca. 38.400 Liter Öl) und Energieeinsparung von ca. 50 % bei der Feinstreini-gung von Öl mit der Filtrationsanlage CT 600 im Vegleich zur Reinigung mit Kerzenfiltern;
- Emissionsminderung durch geringeren Transportaufwand für verschlammte Öle und verstopfte Filter.

Aus der Einsparung von Öl und Kerzenfilter ergibt sich für den Betreiber der Filtrationsanlage CT 600 (ca. 37.000,00 DM) im o. g. Fall eine Amortisation von ca. einem Jahr. Mit den o. g. umweltrelevanten und wirtschaftlichen Effekten sollten sich weitere Filtrationsanlagen in unterschiedlichen Modifikationen am Markt verkaufen lassen.