Projekt 07801/01

Thermische Regeneration von Kühlschmierstoffen

Projektdurchführung

POLYPLAN GmbH
Ilse-ter-Meer Weg 7
30449 Hannover

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Ziel ist die Herstellung eines preiswerten, mobilen Gerätes zur thermischen Regeneration von Kühlschmieremulsion (KSE) bis zur Marktreife. Dieses soll in metallverarbeitenden Betrieben, insbesondere an Werkzeugmaschinen mit separater KSE-Versorgung für Zerspanung und Schleifen, eingesetzt werden, um die Standzeit der KSR zu verlängern. Durch die thermische Behandlung wird der mikrobielle Verfall - häufig die Ursache kurzer Standzeiten - verhindert, ohne wie bisher üblich umweltschädliche Biozide einzusetzen. In der Bundesrepublik werden herkömmlich jährlich ca. 700.000 t KSE entsorgt, häufig mit Standzeiten unter 12 Wochen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDurch Laborversuche wurde die grundsätzliche Eignung des Verfahrens geprüft. In Versuchen an einem Prüfstand wurden die erforderlichen Aggregate bemustert und die Parameter der Stuerung ermittelt. Anhand der Ergebnisse wurde ein Muster konstruiert und gebaut.
Die praktische Erprobung des Apparates wurde an KSE aus Betrieben durchgeführt. Die optimalen Betriebsbedingungen und Behandlungsparameter wurden bestimmt und Einschränkungen der Eignung bestimmter KSE-Typen ermittelt.
Die TU Braunschweig führte einen vergleichenden Praxistest zur Ermittlung der Auswirkung der thermischen Behandlung im Dauereinsatz durch.


Ergebnisse und Diskussion

Versuche an 49 Proben von KSE verschiedener Herkunft, Konzentration Typ zeigten, daß alle Typen von KSE für die thermische Behandlung grundsätzlich geeignet sind. Die Gebrauchseigenschaften der untersuchten KSE werden nur in besonderen Fällen durch die thermische Behandlung beeinträchtigt. Im Vergleich zeigen gelöste Produkte die beste Eignung, während ein Teil der getesteten fein- und grobdispersen Produkte aufgrund von Fällprodukten vorzugsweise im Ansatz mit enthärtetem Wasser zum Einsatz kommen sollten . Bereits verfallene groß- und feindisperse Produkte mit deutlich gefallenem pH-Wert sind von der Behandlung auszuschließen.
Eine Begrenzung der Standzeit wurde in der Erprobung nicht festgestellt, wenngleich davon auszugehen ist, daß nach dem Wegfall des mikrobiellen Verfalls andere Faktoren auf lange Sicht die Standzeit begrenzen. Die Versuche belegen, daß durch den Einsatz der thermischen Regeneration mindestens 25 Wochen Standzeit realisierbar sind, ohne durch die thermische Belastung einen Verfall der KSE herbeizuführen.
In dem Praxistest des Institutes für Werkzeugmaschinen der TU Braunschweig wurde festgestellt, daß die Dauerbehandlung verschiedener KSE keine Verschlechterung der Gebrauchseigenschaften hervorruft. In diesem Test kam auch ein Lamellenseparator der Fa. DEA zur herkömmlichen Pflege der KSE zum Einsatz. Die zeitliche Raffung dieses Versuchsprogramms ließ keine Ermittlung der Standzeitverlängerung durch diese Maßnahmen zu. Es wurden verschiedene KSE-Typen untersucht, u. a. Produkte auf nativer Basis.
Die Keimzahlbegrenzung wird im Chargen-Betrieb über die Häufigkeit der Regeneration gesteuert. Die Dauer des Regenerationszyklus ist mit mindestens 50 % der herkömmlichen Standzeit, jedoch nicht oberhalb 4 Wochen anzusetzen, um den Verfall auch unter ungünstigen Bedingungen zu verhindern.
Ein optimales Verhältnis von Aufwand und Nutzen bei der Anwendung der thermischen Regeneration ergibt sich bei minimiertem Energieeinsatz und Behandlungsdauer. In den Versuchen wurde eine erforderliche Mindest-Verweilzeit von 3 Minuten bei einer Prozeßtemperatur von 85 °C ermittelt, um Ablaufwerte unter 500 KBE/ml zu erreichen. Das entspricht einer Elimination zwischen 99 % und 99,99%, je nach Keimzahl im Rohzustand. Pilzsporen können nicht eliminiert werden.
Der Prozeß arbeitet ohne Hilfsstoffe, es wird nur Energie für die elektrische Zusatzheizung und zum Fördern benötigt. Der Energieverbrauch ist durch den Einsatz eines Plattenwärmetauschers zur Wärmerückgewinnung gering. Der spezifische Energieverbrauch beträgt maximal 20, im Regelfall (volle Charge) 9 kWh/m³ Emulsion.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Das Aggregat zur thermischen Regeneration wurde unter dem Namen Recotherm auf der Hannover Messe vorgestellt. Mit einer Werbebroschüre werden potentielle Kunden in metallverarbeitenden Betrieben beworben.


Fazit

Der Nutzen für den Anwender und die Umweltentlastung durch Einsparung von Ressourcen wurde auf Basis der ermittelten Testergebnisse abgeleitet. Wirtschaftlich günstige Einsatzbedingungen für den Chargen- Apparat mit 70 L Chargenvolumen ergeben sich bei 1 bis 3 m³ Umlaufmenge KSE und 6 bis
10 Wochen herkömmlicher Standzeit. Dann wird eine Einsparung zwischen 40 und 70, im Mittel 55 % der herkömmlich zu entsorgenden Menge an Kühlschmieremulsion erzielt. Unter günstigsten Bedingungen können jährliche Einsparungen bis zu maximal DM 15.000,- mit einem Apparat erwirtschaftet werden, was zu einer Amortisation in zwei Jahren führen würde.
Der Recotherm-Prozeß kann als Chargen- oder als Nebenstrom-Apparat gebaut werden. Im Chargen-Betrieb ist ein geringerer spezifischer Mengenumsatz erforderlich und eine höhere Standzeitverlängerung realisierbar. Dem Chargen-Betrieb sollte deshalb der Vorzug gegeben werden. Andererseits ist der Aufwand für Bedienung und Wartung im Nebenstrom-Betrieb erheblich geringer, was ihn für den Anwender sehr attraktiv erscheinen läßt.
Es hat sich jedoch gezeigt, daß die Anwender wegen des erforderlichen Handling den Nebenstrom-Apparat einer Chargenanlage vorziehen. Die Anwender werten den Vorteil der energetischen Effizienz leider deutlich geringer als den Nachteil des größeren Bedienungsaufwandes.