Effizienz in der Reinigungstechnik optimieren
Kostentreibern auf die Spur kommen
Effizient ist ein Reinigungsprozess, wenn bei hohem Durchsatz definierte Sauberkeitsanforderungen zu geringstmöglichen Kosten erzielt werden. Ob dieses Ziel erreicht wird, hängt von verschiedenen Faktoren ab, die Einfluss auf die Kosten haben.
Wesentliche Voraussetzung für einen effizienten Reinigungsprozess ist dessen optimale Anpassung an die jeweilige Reinigungsaufgabe. Zentrale Kriterien dabei sind Material, Größe und Geometrie des Bauteils, Art und Menge der Verschmutzung, die Spezifikation hinsichtlich filmischer und partikulärer Sauberkeit, der Durchsatz und die erforderliche Flexibilität.
Grundsätzlich steigen die Kosten für die Reinigung je höher die Sauberkeitsanforderungen sind. Es lohnt sich daher zu hinterfragen, ob die geforderten Restschmutzvorgaben für das jeweilige Bauteil beziehungsweise den entsprechenden Fertigungsschritt wirklich erforderlich sind. Ein weiterer Aspekt, der in die Effizienzbetrachtung von Reinigungsprozessen einfließen sollte, ist die Frage nach der Verringerung der eingebrachten Schmutzmenge. Denn alles, was nicht abgereinigt werden muss, verursacht auch keine Kosten.
Investitionskosten sind aufgabenabhängig
Entscheidenden Einfluss auf die späteren Betriebskosten des Reinigungsprozesses haben die Anlagentechnologie und die daraus resultierenden Investitionskosten. Ob eine mit wasserbasierenden Medien oder mit Lösemitteln betriebene Anlage die richtige Wahl ist, hängt von den abzureinigenden Verschmutzungen ab. Wobei hier der Grundsatz gilt: Gleiches löst Gleiches. Dies bedeutet, bei einer mineralölbasierten (unpolaren) Verschmutzung, beispielsweise Bearbeitungsöle, Fette und Wachse, ist meist ein Lösemittel die richtige Wahl.
Für wasserbasierte (polare) Verunreinigungen wie Kühl- und Schmieremulsionen, Polierpasten, Additive, Salze, Abrieb und andere Feststoffe kommen üblicherweise wässrige Reiniger zum Einsatz. Es lohnt sich dabei auch, einen Blick auf die eingesetzten Materialien und die Verarbeitung der Anlage zu werfen.
Ebenfalls aufgabenabhängig ist die Auslegung und Ausstattung der Reinigungsanlage. Hier geht es beispielsweise darum, wie viele Tanks oder Tauchbecken erforderlich sind, um das geforderte Reinigungsergebnis zu erzielen. Ist der Einsatz von Ultraschall notwendig und – wenn ja - mit welcher Leistung? Lässt sich die Reinigungsaufgabe mit einer Standardanlage erfüllen oder muss das System kundenspezifisch ausgelegt werden? Welche Einrichtungen zur Medienpflege und -aufbereitung werden integriert? Wie erfolgt die Trocknung?
Die bei der Auswahl der richtigen Technologie sowie bei der Ausstattung und Auslegung auftretenden Fragen lassen sich durch Reinigungsversuche beantworten, die Dürr Ecoclean zur optimalen Prozessabstimmung im eigenen Technikum in Filderstadt durchführt. Gleichzeitig ermöglicht das umfangreiche Anlagenprogramm des Filderstädter Unternehmens, das Systeme für alle Reinigungsmedien umfasst, eine in puncto Dimensionierung, Verfahrenstechnik, Medienaufbereitung und Trocknung an die jeweilige Aufgabe angepasste Anlagengestaltung.
Bei der Investition in ein neues Reinigungssystem spielen natürlich die momentan zu lösenden Reinigungsaufgaben die Hauptrolle. Trotzdem ist es sinnvoll, auch an die nahe Zukunft zu denken. Verändern sich das Produktspektrum und/oder Kundenstruktur und ergeben sich dadurch veränderte Anforderungen an die Reinigung?
Wie personalintensiv ist der Reinigungsprozess?
Einen nicht unerheblichen Teil der Betriebskosten des Reinigungsprozesses können die Personalkosten ausmachen. Insbesondere bei wässrigen Prozessen sind Kontrollen der Badqualität und Badpflegemaßnahmen regelmäßig erforderlich. Erfolgt dies automatisiert, erhöhen sich zwar die Investitionskosten, im laufenden Betrieb bringt der höhere Automatisierungsgrad jedoch Kosteneinsparungen. Dies trifft auch bei einer automatischen Beschickung der Reinigungsanlage zu.
Kostenfaktor Verbrauchsmittel
Der Aufwand für Verbrauchsmittel wie Reinigungsmedien, Filtermaterialien, Frisch- und Abwasser sowie Entsorgungskosten hängt ebenfalls von der eingesetzten Technologie ab. Grundsätzlich verursachen in diesem Bereich wässrige Reinigungsanlagen höhere Kosten. Kostensenkend wirkt es sich hier häufig aus, wenn die eingebrachte Schmutzmenge verringert und die Bad- sowie Filterstandzeit dadurch erhöht werden kann.
Energieeffizienz – in aller Munde
Geht es um den Energieverbrauch, unterscheiden sich Prozesse mit wässrigen Medien und Lösemitteln ebenfalls technologiebedingt – Lösemittelsysteme arbeiten energieeffizienter. Abhängig von der Reinigungsaufgabe ist außerdem zu überlegen, ob beispielsweise der Einsatz einer Hochdruckspritzpumpe wirklich erforderlich ist. Eine andere Frage, die für Energieeinsparungen ausschlaggebend sein kann ist: Müssen die Teile für den nächsten Prozess wirklich ganz trocken sein oder kann die energieintensive Trocknung reduziert werden, zum Beispiel durch den Verzicht auf eine Vakuumpumpe?
Auch die Verringerung der Schmutzmenge hat auf die Energieeffizienz Auswirkungen. Ein Beispiel: Lässt sich bei einem definierten Standardprozess in der Metallindustrie mit einer wässrigen Einkammeranlage, die 2.080 Stunden im Jahr betrieben wird, die Aufbereitungsleistung von 50 l/h auf 25 l/h senken, reduzieren sich die dafür erforderlichen Stromkosten von 9.734 Euro auf 4.867 Euro (durchschnittliche Strompreise Deutschland 11/2012).
Bei einer Lösemittelanlage führt eine Reduzierung der Aufbereitungsleistung von 140 l/h auf 70 l/h zu einer Verringerung der Stromkosten von immerhin noch rund 2.100 Euro pro Jahr. Auch das von Dürr Ecoclean für bestehende und neue Anlagen entwickelte Energiesparpaket ermöglicht je nach Anlagentyp beachtliche Einsparungen. Denn durch die „Intelligente Anlagensteuerung“ werden energieintensive Aggregate wie beispielsweise Vakuumpumpen nach einer definierten Zeit ohne Warenverfügbarkeit automatisch in einen Standby-Modus geschaltet.
Weniger effektiv gestaltet sich der viel diskutierte Umstieg bei Antrieben von IE2 auf IE3. Und das ganz abgesehen davon, dass diese Motoren für viele Aggregate noch nicht lieferbar sind.
Instandhaltung und Risikotoleranz
Auch hier hängen die Kosten von der eingesetzten Technologie ab, wobei dieses Mal Lösemittelanlagen etwas stärker zu Buche schlagen. Ein Kriterium, das bei der Entscheidung für ein angepasstes Wartungskonzept eine Rolle spielt, ist die Risikotoleranz – also die Frage, wie teuer es wird, wenn die Reinigungsanlage plötzlich ausfällt. Entsprechend den Anforderungen sind verschiedene Lösungen möglich: von der Instandhaltung durch geschultes eigenes Personal bis zur Wartung durch den Service des Anlagenherstellers. Beides führt zu einer höheren Anlagenverfügbarkeit und Prozesssicherheit, ohne dass es Auswirkungen auf die Betriebskosten hat. Aber auch eine hohe Prozesssicherheit ist ein gutes Stück Effizienz.
Einfluss der Sauberkeitsanforderungen auf die Betriebskosten
Anhand einer konkreten Anwendung errechnete Dürr Ecoclean, wie sich die Betriebskosten bei unterschiedlichen Sauberkeitsanforderungen verändern. Basis ist ein zweistufiger Reinigungsprozess mit Reinigen, Spülen, Heißluft- und Vakuumtrocknung in einer wässrigen Einkammeranlage mit zwei Tanks. Gereinigt werden rund sechs Kilogramm schwere Gussteile, die mit Emulsion, Spänen und Partikeln verschmutzt sind. Nach der Reinigung dürfen sie keine Partikel >500 µm aufweisen. Im Zweischichtbetrieb mit acht Chargen/Stunde liegen die Kosten bei 4,58 Euro/Charge.
Wird unter gleichen Voraussetzungen von Zwei- auf Dreischichtbetrieb umgestellt, sinken die Kosten auf 3,67 Euro/Charge.
Steigen die Sauberkeitsanforderungen auf >350 µm erhöhen sich die Reinigerkosten und es können nur noch sechs Chargen/Stunde gereinigt werden. Im Zweischichtbetrieb steigen die Kosten auf 6,10 Euro/Charge.
Bei der Sauberkeitsanforderung kein Partikel >200 µm ist ein dritter Flutbehälter für einen dreistufigen Prozess Reinigen – Spülen – Spülen erforderlich. Außerdem muss zusätzlich Ultraschall eingesetzt werden und es fallen Kosten für spezielle Warenträger und Personal sowie anteilig für das Labor und einen Reinraum an. Dies erhöht die Kosten bei sechs Chargen/Stunde im Zweischichtbetrieb auf 9,80 Euro/Charge.
Eine Standardlösung für einen effizienten Reinigungsprozess existiert also nicht. Sie lässt sich immer nur im Zusammenhang mit der spezifischen Reinigungsaufgabe und den Prozessparametern ermitteln.
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