Projekt 13581/01

Simulation des Kühlschmierstoffkreislaufs zur Optimierung einer umwelt- und ressourcenschonenden Produktionstechnik

Projektträger

Fachhochschule SüdwestfalenHochschule für Technik und WirtschaftFB Maschinenbau und Automatisierungstechnik
Lübecker Ring 2
59494 Soest
Telefon: 02921/378115

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Ausgangspunkt des Projektes war die Beobachtung in der industriellen Praxis, dass die Trockenbearbeitung bzw. die Bearbeitung mit Minimalmengenkühlschmiermittel nicht in allen Fertigungsstufen und bei allen Fertigungsverfahren realisierbar ist, dass aber in vielen Bereichen Verbesserungsmaßnahmen zum Mindern der Umweltbelastung durch Kühlschmiermittel möglich sind. Da die Durchführung von Maßnahmen immer auch mit Investitionen verbunden ist, ist eine Abschätzung der zu erwartenden Kosten aber auch der erreichbaren Verbesserungen vor der Umsetzung erforderlich. Aufgrund der komplexen Wirkzusammenhänge und der Abhängigkeiten der einzelnen Systemkomponenten von einander, ist eine derartige Abschätzung außerordentlich schwierig. Deshalb wurde ein System zum Simulieren der Kühlschmierstoffkreisläufe entwickelt, mit dem alternative Strukturen modelliert und simuliert werden können, um so zielgerichtet Minderungsmaßnahmen zur Reduktion der Umweltbelastungen infolge des Einsatzes von Kühlschmiermitteln zu erarbeiten.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenAus dieser Zielsetzung ergaben sich unterschiedliche Arbeitsschwerpunkte, die in enger Abstimmung mit den Industriepartnern realisiert wurden, um eine hohe Praxisrelevanz und Anwendbarkeit zu gewährleisten.
Kern des Systems stellt die Simulationstechnik dar. Da kein neues Simulationssystem sondern eine Erweiterung des Anwendungsbereichs der Simulationstechnik angestrebt wurde, erfolgte im ersten Schritt eine Auswahl und Festlegung des Simulationskerns auf das System AweSim der Pritsker Corp. Dieser Simulationskern wurde im Rahmen des Projektes um die entsprechenden Module zur Modellierung, Dateneingabe und -ausgabe und zur Visualisierung erweitert. Zum Modellieren der umweltrelevanten KSS-Ströme und der dabei in den Unternehmen eingesetzten Systemkomponenten wurden eine Datenbank aufgebaut. Sie enthält einerseits verallgemeinerte Be-schreibungen der Anlagenkomponenten und Geräte. Damit ist gewährleistet, dass beim Modellieren der Strukturen die entsprechenden Anlagenteile gegeneinander ausgetauscht werden können, ohne dass weitere Anpassarbeiten der Beschreibungen erforderlich sind. Andererseits waren Datenbankbereiche mit Informationen über die Kühlschmierstoffrelevanten Prozesse und Materialflüsse zu realisieren.
Die Daten wurden durch Untersuchungen im Labor sowie in den beteiligten Unternehmen ermittelt und verallgemeinert. Die Arbeiten in den Unternehmen sollten zudem zum Verifizieren der Modelle und der erarbeiteten Beschreibungen und Abhängigkeiten genutzt werden.


Ergebnisse und Diskussion

Im Rahmen der Projektbearbeitung wurde der Prototyp eines Systems zum Simulieren der Energie- und insbesondere der Kühlmittelströme in Unternehmen der Metallverarbeitung entwickelt. Dieses System wurde in Zusammenarbeit mit und auf der Basis von Daten der kooperierenden Industrieunternehmen erprobt und verifiziert. Dabei wurden unternehmensspezifische Verbesserungsmaßnahmen erarbeitet und mit Hilfe des Systems im Hinblick auf die Auswirkungen und Minderungen analysiert. Diese Maßnahmen wurden weitestgehend umgesetzt und führten zu entsprechenden ökonomischen und ökologischen Entlastungen der Betriebe. Diese unternehmensspezifischen Maßnahmen wurden dann verallgemeinert und in einer Datenbank gespeichert. Damit steht eine Wissensbasis zur Verfügung, die auf andere Anwendungen übertragbar ist.
Erwartungsgemäß handelt es sich bei der Entwicklung um ein sehr komplexes System, so dass in dieser ersten Entwicklungsstufe nicht alle denkbaren Anwendungen abgedeckt werden konnten. Zudem ist der Leistungsumfang ständig an die sich ändernden Randbedingungen der Fertigungstechnologie und der Unternehmensstrukturen anzupassen. Diese Arbeiten werden quasi automatisch mit der industriellen Anwendung realisiert werden. Weiterhin wird das System z.Z. im Rahmen eines weiteren Entwicklungsprojektes eingesetzt und erweitert. Schwerpunkt der Arbeiten ist die Ergänzung um ein Bewertungssystem, mit dem die Machbarkeit alternativer Fertigungstechnologien mit dem verfügbaren Maschinenpark analysiert werden kann. Dabei werden auch die möglicherweise erforderlichen Umbaumaßnahmen bewertet.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Ergebnisse der Arbeiten wurden auf verschiedenen Tagungen präsentiert, der Abschlußbericht in einer Schriftenreihe veröffentlicht:
G. Petuelli (Hrsg.): Simulation des Kühlschmierstoffkreislaufs zur Optimierung einer umwelt- und ressourcenschonenden Produktionstechnik, Berichte des Wrangell-Instituts für Umweltgerechte Produktionsautomatisierung, Bd 8, 2002, ISBN 3-8322-0120-3.
G. Petuelli, U. Müller und J. Puschmann: SimKSS - Simulation der Emission in Kühlschmierstoffkreisläufen, Proc. zum 8. Symposium Simulation als betriebliche Entscheidungshilfe: Neuere Werkzeuge und Anwendungen aus der Praxis, ISBN 3-930185-21-0, S 99-119.
G. Petuelli, U. Müller und J. Puschmann: Kopplung von Maschinensteuerung und Simulation zur Auftragplanung, Proc. zum 8. Symposium Simulation als betriebliche Entscheidungshilfe: Neuere Werkzeuge und Anwendungen aus der Praxis, ISBN 3-930185-21-0, S 205-216.
G. Petuelli, U. Müller und J. Puschmann: Simulation des Kühlschmierstoffkreislaufs, ASIM Fortschrittsberichte Simulationstechnik, S. 459-466, ISBN 1-56555-229-6
G. Petuelli und R. Heinemann: Hochgeschwindigkeits-Tieflochbohren kleiner Durchmesser mit Minimalmengenschmierung, Tribologie-Fachtagung 2001, Reibung, Schmierung und Verschleiß, ISBN 3-00-003404-8.
G. Petuelli, U. Müller und J. Puschmann: SimKSS-grafische Oberfläche zum Modellieren und Simulieren von Kühlschmierstoffkreisläufen, ARGESIM Report Nr. 18, 2000, ISBN 3-901608-18-4, S.29-34.
G. Petuelli und U. Müller: Simulationsgestütztes Mindern der KSS-bedingten Umweltbelastungen. Proc. zum 7. Symposium Simulation als betriebliche Entscheidungshilfe: Neuere Werkzeuge und Anwendungen aus der Praxis, ISBN 3-930185-18-0, S. 187-199.
G. Petuelli und U. Müller: Simulation des Kühlschmiermittelkreislaufs, in Frontiers in Simulation, 13. Symposium Simulationstechnik, 1999, ISBN 1-56555-130-3, S. 171-176.
G. Petuelli und U. Müller: Minimizing the Environmental Pollution by Aid of Simulation of Coolant Flow in Manufacturing, Proc. of the IASTED Intern. Conf. Applied Modelling and Simulation, 1999, Cairns, pp 340-345.


Fazit

Im Rahmen des Projektes wurde der Prototyp eines Simulationssystems entwickelt, der zum zielgerichteten Mindern der Umweltbelastungen eingesetzt werden kann. Durch weitere Arbeiten muss dieses System hin zur industriellen Anwendbarkeit im Sinne von Dienstleistungen verbessert werden. Entsprechende Projekte wurden bereits beantragt. Darüber hinaus stellt das Fachgebiet derzeit Mittel zur Verfügung, so dass das System, unabhängig von einer öffentlichen Förderung, weiterentwickelt wird.Insgesamt kann das Projekt als erfolgreich betrachtet werden, es ist davon auszugehen, dass hiermit auch entsprechende Arbeiten in der Industrie durchgeführt werden, mit denen insbesondere in kleinen Unternehmen die Probleme der Kühlschmiermittelanwendung verbessert werden können.