Projekt 25825/01

Reduktion des Abluftstromes bei Werkzeugmaschinen durch Regelung der Absaugleistung

Projektträger

Camfil Handte APC GmbH
Ludwigstaler Str. 149
78532 Tuttlingen
Telefon: 07461/7011-0

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Ziel des geplanten Forschungsvorhabens ist die Reduktion des Abluftstromes bei Werkzeugmaschinen durch Regelung der Absaugleistung.
Hierzu soll im Rahmen dieses Entwicklungsvorhabens mittels eines ganzheitlichen Konzeptes und durch den Einsatz moderner Sensorik und Aktorik sowie einer integrierten Regelung der Volumenstrom von Absauganlagen bei Werkzeugmaschinen besser auf die tatsächlichen Erfordernisse eingestellt werden.
Angestrebt ist eine Reduzierung der Luftleistung um mindestens 40 %. Insbesondere können Energieeinsparungseffekte hinsichtlich Stromverbrauch und Wärmeerzeugungsenergie erzielt werden sowie die Emission an Kühlschmierstoffen im Umfeld der Werkzeugmaschine als auch Restkonzentration in der Abluft reduziert werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenNach der Konzeption der MSR-Einrichtung wurden die Einzelkomponenten (Antrieb für Aktor- und Sicherheitsklappen, neuer Verdrängungskörper für die Luftstrommessung und der eigentliche Regler) entwickelt und miniaturisiert. In der Pilotanlage wurden Eignung der Komponenten zur Steuerung des Volumenstroms und zur Regelung der Absaugleistung getestet. Nach der notwendig gewordenen Anpassung des Regelungsalgorithmus erfolgten umfangreiche Messreihen zur Bestimmung der Ganglinien und Verfeinerung der Regelung. Die erfolgreiche Umsetzung des Projekts wurde anhand der Bestimmung des Nutzens für Wirtschaftlichkeit und Umwelt dokumentiert.


Ergebnisse und Diskussion

Die Regelung der Absaugleistung wurde hierarchisch aufgebaut. Der Luftstrom an den einzelnen Absaugöffnungen wird durch Klappen, der Gesamtvolumenstrom durch Zwei-Punkt-Regelung am zentralen Ventilator geregelt. Für den Antrieb der Aktuatur-Klappe war ein elektromechanischer Pneumatikzylinder besser geeignet als ein Elektromotor, wodurch das Ansprechverhalten verbessert wurde. Zwischen dieser und einer zweiten klemmfrei dichtschließenden Sicherheits-Klappe war der Volumenstromsensor angeordnet, für welchen ein neuer Verdrängungskörper entwickelt wurde, so dass eine genaue Bestimmung unabhängig von der Einbaulage und mit kurzer Messtrecke möglich ist. Die Differenzdruckmessung konnte auf die Controllerplatine für den Klappenantrieb integriert werden, wodurch die MSR-Technik erfolgreich miniaturisiert wurde. Diese enthielt außerdem Drucksensoren zur Erkennung von Funktionsstörungen. Für die Regelung des zentralen Ventilators wurde eine Zwei-Punkt-Regelung (Maximal-/Minimalleistung) realisiert und aus Testreihen eine geeignete Minimalleistung bestimmt. Der Regelalgorithmus für das Gesamtsystem wurde an der Pilotlinie optimiert.
Das volumenstromgeregelte Absaugkonzept funktioniert hervorragend und wurde und wird erfolgreich bei mehreren Kunden eingesetzt. Bei der Fa. Daimler wird es zum Standard für die verkettete Produktionsmaschinerie. Der Ansatz die auf geöffnete Ladetür ausgelegte konstante Absaugung durch Kombination von optimierter Erfassungstechnik, moderner Sensorik und Aktorik durch eine bedarfsgerechte Regelung des Absaugvolumenstroms zu ersetzen bietet Einsparmöglichkeit in Hinblick auf die Luftleistung und somit den Stromverbrauch von Filteranlagen. Während der Nebenzeiten und auch während der Materialbearbeitung können deutlich geringere Absaugleistungen eingestellt werden, da bei geschlossenem Arbeitsraum kein starker Luftstrom nötig ist, um die bei der Bearbeitung entstehenden Aerosole abzusaugen. Darüber hinaus konnte der erforderliche Absaugvolumenstrom deutlich verringert werden, indem die Form der Saughaube optimiert wurde. Hierdurch wird eine große Absaugwirkung bis tief in den Bearbeitungsraum hinein erzielt. Weiter verhindert ein integrierter Zentrifugalvorabscheider, dass Metallspäne o.ä. in die Rohrleitung bzw. zum Filter gelangen können. Durch die linienförmige und große Tiefenwirkung der Absaugung, lässt sich der Volumenstrom im Gesamtsystem im Mittel um 35-40% reduzieren. Die Umsetzung bei Daimler lief erfolgreich und kann die gesetzten Ziele von einer Gesamteinsparung von 35-40% erreichen. Das Konzept hat sich beim Einsatz in Emulsionsnebel-, Alu-Trocken-Bearbeitung und Ölbearbeitung sehr bewährt. Die installierten Anlagenteile laufen bis heute störungsfrei und problemlos. Es konnten auch keine Engpässe bzgl. der Gleichzeitigkeit einer hohen Absaugleistung erkannt werden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die Projektergebnisse wurden und werden auf einschlägigen Messen vorgestellt. Zudem hat sich die Handte Umwelttechnik GmbH beim Umweltpreis Baden Württemberg beworben und war unter den nominierten. Das Projekt ist in die Shortlist gekommen. Weiterhin ist das Förderprojekt auf unserer Internetpräsenz veröffentlicht. Darüber hinaus werden die Entwicklungen im Rahmen von Forschungs-Projekten in der Automobilindustrie weitergeführt. Eine Partizipation an der VDI Richtlinie 3802 erfolgt im Rahmen von Arbeitskreisen.


Fazit

Das Projekt ist sowohl zur vollsten Zufriedenheit für die Handte Umwelttechnik GmbH als auch für den Anwender Daimler abgeschlossen worden und die hieraus entwickelte Technik wird im Handte-Produktprogramm fest integriert. Derzeit sind weitere Referenzanlagen bzw. Angebote für Anlagennachrüstungen und Neuanlagen in Verhandlung. In Übertragung auf andere Projekte wurde das System ins Lastenheft bei Daimler aufgenommen und bereits über 300 Einheiten als Überwachungssystem bestellt. Diese werden Stück für Stück in geregelte Systeme nachgerüstet. Für eine Linie zur Trockenbearbeitung wurde die Umrüstung komplett beauftragt. Weiterhin wird das System in den Projekten Maxim und Esimpro in der Automobilindustrie aufgegriffen.
Auch bei den derzeitigen Absatzschwierigkeiten in der Automobilindustrie und der damit verbundenen schwachen Auslastung der Werkzeugmaschinen zeigt das System seine Vorteile, da eine optimale Absaugerfassung auch mit geringerem Gesamtvolumenstrom dargestellt werden kann. Weitere Synergieeffekte sind beim ramp-up neuer Anlagen gegeben. Die Amortisationszeit des Systems liegt unter einem Jahr, was die Anforderungen insbesondere der Automobilhersteller erfüllt.