Projekt 16220/01

Optimierung des Kühlschmierstoff-Managements einzelbefüllter Werkzeugmaschinen unter besonderer Berücksichtigung der Minimalmengenkühlschmierung

Projektdurchführung

Zentrum für Energie- und Umwelttechnik (ZEUT)Wismar e. V.Projektgruppe Rostock
Freiligratstr. 3
18055 Rostock

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Anlass des Vorhabens war das bislang unzureichende Nutzen von Anwendungsmöglichkeiten der Minimalmengenkühlschmierung (MMKS) in der spanenden Formung und das dadurch verursachte unbefriedigende Ausschöpfen vorhandener Kostensenkungs- und Abfallvermeidungspotenziale. Das Vorhaben war auf folgende Ziele gerichtet:
- Erarbeitung eines Lösungsansatzes zur Gestaltung eines wirtschaftlich-ökologisch optimierten KSS-Managements unter besonderer Berücksichtigung der MMKS,
- systematisches Analysieren und Darstellen der zur Einführung der MMKS erforderlichen Anpassung von Werkzeugmaschine, Werkzeug, KSS-System und Fertigungsprozess,
- Erarbeiten und exemplarisches Anwenden eines Leitfadens zur
· Identifikation bisher ungenutzter Anwendungsmöglichkeiten sowie
· Optimierung des KSS-Managements unter besonderer Berücksichtigung der MMKS.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenGrundlage der Auswahl des optimalen KSS-Konzeptes bildete eine fertigungstechnische sowie wirtschaftlich-ökologische Analyse des Systems Maschine - Werkzeug - Werkstück - Kühlschmierstoff - Fertigungsprozess. Hierzu wurden zunächst die fertigungstechnischen Anforderungen an das KSS-Konzept analysiert und insbesondere die Möglichkeiten für eine erfolgreiche Anwendung der MMKS untersucht. In einem folgenden Schritt erfolgte eine Bilanzierung der Kosten, Input-Massen und Energieverbräuche fertigungstechnisch prinzipiell möglicher KSS-Konzepte und -Szenarien. Als Kriterium für das Bewerten der einzelnen KSS-Konzepte diente die Höhe der innerhalb eines Betriebsdauerintervalls entstehenden KSS-bedingten Kosten. Die hierfür entwickelten Bilanzmodelle sind allgemein auf spanende Fertigungsprozesse übertragbar. Sie unterstützen das Bewerten der Wirtschaftlichkeit und Umweltverträglichkeit unterschiedlicher KSS-Konzepte mit Bezug auf einen bestimmten Fertigungsprozess. Die zur Optimierung des KSS-Managementes erforderlichen Arbeitsschritte wurden in einem Lösungsansatz zusammengestellt. Dieser steht als allgemein anwendbares interaktives Software-Werkzeug im Internet zur Verfügung.
Die zur Optimierung des KSS-Managementes erforderlichen Arbeitsschritte wurden in einem Lösungsansatz zusammengestellt. Dieser steht als allgemein anwendbares interaktives Software-Werkzeug im Internet zur Verfügung.


Ergebnisse und Diskussion

Der unternehmens- und branchenübergreifende Nutzen des Vorhabens besteht in der Entwicklung und Anwendung eines systematischen Lösungsansatzes zur wirtschaftlich-ökologischen Optimierung des KSS-Managements.
Die in den Lösungsansatz integrierten Kosten-, Inputmasse, und -Input-Gebrauchsenergiemodelle unterstützen das Bewerten der Wirtschaftlichkeit und Umweltverträglichkeit unterschiedlicher KSS-Konzepte mit Bezug auf einen bestimmten Fertigungsprozess. Sie sind unternehmens- und branchenübergreifend allgemein auf spanende Fertigungsprozesse übertragbar.
Der Lösungsansatz erleichtert es, KSS-Konzepte unter besonderer Berücksichtigung der Anwendungsmöglichkeiten der MMKS so an die prozess- und unternehmensspezifischen Bedingungen anzupassen, dass ein im Sinne des Entscheidungsträgers maximaler Nutzeffekt erreicht wird.
Auf diese Weise unterstützen die Ergebnisse des Vorhabens das Gestalten wirtschaftlich-ökologisch gestalteter KSS-Konzepte und fördern die Wettbewerbsfähigkeit der Unternehmen.
Die mit Hilfe des Lösungsansatzes als optimal erkannte Umstellung von Nassschnitt auf MMKS führte im Pilotunternehmen bezogen auf die KSS-relevanten Aufwendungen zu folgenden Nutzeffekten:
- Senkung der laufenden Kosten um 74 %,
- Senkung des Masse-Inputs um 95 %,
- Senkung des Input-Gebrauchsenergiebedarfes um 70 %.
Der Amortisationszeitraum der mit der Umstellung auf MMKS verbundenen Kosten beträgt 0,7 Jahre.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Informationen über das Vorhaben sowie die Arbeitsergebnisse sind in der Homepage des ZEUT, Projektgruppe Rostock (http.//www.zeut.de) sowie der FH Südwestfalen (http://www.fh-soest.de/fb12/einrichtungen/wzm/pages/ges_simkss.html) veröffentlicht. Die Ergebnisse des Projektes wurden im Rahmen des 5. Bremer Kühlschmierstoff-Workshops am 10. April 2003 vorgestellt.
Der Lösungsansatz steht als interaktives Software-Werkzeug im Internet unter Adresse http://www.zeut.de/apps zur Verfügung. Eine über dieses Informationsangebot hinausgehende Unter-stützung bei der Nutzung des Lösungsansatzes wird im Rahmen von Beratungsleistungen angeboten.
Folgende Veröffentlichungen und Vorträge befinden sich in Vorbereitung:
- Veröffentlichung in den Berichten des Wrangell-Instituts für umweltgerechte Produktionsautomatisierung, Shaker Verlag,
- Vortrag zur 1. Internationale Wissenschaftliche Konferenz der Ökologie der Grenzregion, EB ´03, Lagów-Gorzów Wlkp.-Polen. September 2003,
- Vortrag zur ASIM 003, Magdeburg, 16. - 19.09.2003,
- Vortrag zur IASTED Intern. Conf. Applied Simulation and Modeling, Sept. 2003, Spain


Fazit

Das Vorhaben ordnet sich in die Arbeiten zur Optimierung des KSS-Managements ein.
Wesentliches Arbeitsergebnis ist ein allgemein anwendbarer Lösungsansatz zur Gestaltung eines wirtschaftlich-ökologisch optimierten KSS-Managements.
Der Lösungsansatz stellt die fertigungstechnischen, wirtschaftlichen und ökologischen Zusammenhänge beim Optimieren von KSS-Konzepten in transparenter Weise dar. Er erleichtert kleinen und mittelständischen Unternehmen das Gestalten eines effizienten KSS-Managements und unterstützt insbesondere das Erschließen weiterer Anwendungsgebiete für die MMKS.
Die Praxistauglichkeit des Lösungsansatzes wurde exemplarisch am Beispiel der Fertigung von Industrienähnadeln nachgewiesen. Die mit Hilfe des Lösungsansatzes als optimal erkannte Umstellung von Nassschnitt auf MMKS führte zu drastischen Einsparungen an KSS-bedingten Kosten, Input-Masse sowie Gebrauchsenergie. Darüber hinaus wurde eine deutliche Verbesserung der arbeitshygienischen Bedingungen erreicht.
Der Lösungsansatz steht als allgemein anwendbares interaktives Software-Werkzeug im Internet zur Verfügung. Weiterführende Untersuchungen sollten auf folgende Problemfelder gerichtet sein:
- Einsatz und weitere Erprobung des Lösungsansatzes in anderen Branchen des Maschinen- und Anlagenbaus,
- Erweiterung des KSS-Managers auf die Trockenbearbeitung und zentral befüllte Maschinen
,- Weiterentwicklung von ValKSS in Hinblick auf die Anwendung in weiteren Bereichen der Materialverarbeitung,
- Weiterentwicklung von SimKSS durch Übertragung auf komplexe Fertigungssysteme.