Ressourcen- und energieeffiziente Lackieranlagen · 3 Das ist Eisenmann Eisenmann zählt zu den international führenden Anbietern von Anlagen und Dienstleistungen in den Bereichen

www.eisenmann.com

© Eisenmann AG 2013

Ressourcen- und energieeffiziente LackieranlagenRessource- and energy efficient paint shops

EISENMANN Anlagenbau GmbH & Co. KG

Dr.-Ing. Peter Börgardts

2

Inhalt

Eisenmann

Ressourcen- und Energieeffizienz in der Lackieranlage: Übersicht

Reduktion von Wasser-, Chemikalienverbrauch und Abwasseranfall in der Vorbehandlung

Integrierte Abluftbehandlung

Energiesparkonzepte

Oversprayabscheidesystem E-Cube

Beispiel einer energie- und ressourceneffizienten Metalllackieranlage

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2

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8

3

Das ist Eisenmann

Eisenmann zählt zu den international führenden Anbietern von Anlagen und Dienstleistungen in den

Bereichen Oberflächen-, Lackier- und Applikationstechnik, Materialfluss-Automation, Thermoprozess-

sowie Umwelttechnik.

Experte im Anlagenbau

Hochflexibler Systemintegrator

Markt- und Technologieführer sowohl bei Einzelkomponenten als auch bei kompletten Gesamtsystemen

Dienstleister mit umfangreichen Service-Produkten

Finanziell sehr solide aufgestelltes und nachhaltig wirtschaftendes Familienunternehmen

Innovatives Hightech-Unternehmen durch umfangreiche R&D-Aktivitäten und eigene Testanlagen & Labore

4

Leistungsportfolio

Applikation, Robotik, Farbversorgung

Klassischer Kundendienst, Anlagenmodernisierung und -optimierung, individuelle

Lösungen, Fullservice, Betreibermodelle

Metall-Lackieranlagen für die Zuliefer-, Automobil- und Allgemeine Industrie sowie für

Nutzfahrzeuge, Beschichtungssysteme für Aluräder, Lackiertechnik für Kunststoffe und

„advanced materials“

GENERAL

FINISHING

Wärmebehandlung, Hochtemperaturanlagen, Herstellung Kohlenstofffaser,

Emaillier-, Vorbehandlungs- & Beschichtungssysteme, Thermische Aufbereitung von

Pulvermetallen, Vergüteanlagen, Sinteröfen

THERMAL

SOLUTIONS

Gesamtlösungen für die Intralogistik, Elektrohängebahnen, ElektrobodenbahnenCONVEYOR

SYSTEMS

SERVICE

Oberflächentechnik, Endmontagelinien, RohbaufördertechnikAUTOMOTIVE

SYSTEMS

Abluftreinigung, Wasseraufbereitung, Abfallentsorgung und Recycling,

Munitionsentsorgung, Biogasanlagen, Energie aus Biomasse

ENVIRONMENTAL

TECHNOLOGY

APPLICATION

TECHNOLOGY

5

Ressourcen- und Energieffizienz in der Lackieranlage

6

Energieverbrauch in der Lackieranlage

Kaltwasser-

Erzeugung

Beheizung

KTL-VortrocknerBeheizung

Haustechnik Hallen-

belüftung

Lack-

Temperierung

Farbmischraum

Kühlen

Kühlzone

Luft-

Konditionierung

SpritzkabinenHeizen und Kühlen

ZwischentrocknerLuftkonditionierung

Spritzkabinen

Kühlen

KTL-Lack

Beheizung

Vorbehandlung

Warmwasser-

Speicher

Werknetz

Kaltwasser

Werknetz

Warmwasser

Ungefähr 70% der Energie zur Herstellung eines Automobils wird für die Oberflächenbearbeitung benötigt

7

Abwasser- , Abluft- und Abfallquellen in der Lackieranlage

Assembly ActivationDegreasing Rinse-kaskadePrecleaning Rinsing PhosphateDegreasingBodywasher

E-Coat Dryer

E-Coat GrindingUF Dip Rinse E-Coat Dip

Primer DryerPrimer UBS NAD Cleaning

CC Robots BC Robots BC manually Cleaning Primer grinding

Spot Repair

Quality Control

To Final Assembly

BC + CC Dryer

8

Reduktion von Wasser-, Chemikalienverbrauch und Abwasseranfall in der VBH

Transport

Dip

Degreasing

Waste

Disposal

Rinse 1 Rinse 2

Activation

Phosphatation

Filter press

Rinse 4 DI -RinseRinse 3

Passivation

Waste water treatment

UF RO

Oil separator

Ultrafiltration

Hydrozyklon GF C A

Spray

Degreasing

Rinse water recycling by

Ultrafiltration/Reverse Osmosis

Rinse water recycling by

Ionexchange

9

Effiziente Fördertechnik in der Vorbehandlung und KTL-Beschichtung

10

Effiziente Fördertechnik in der Vorbehandlung und KTL-Beschichtung

E-Shuttle 200 oder 300:

Hoch flexible Fördertechnik für maximale.

Produktqualität und Ressourceneffizienz

Fördertechnik mit 2 oder 3 Freiheitsgraden

Karossenspezifische Tauchkurven

Geringer Energieverbrauch durch geringes Gewicht

Einfaches und schnelles Entleeren

geringe Verschlepppung von Chemikalien

- Reduktion des Chemikalienverbrauchs

- Reduktion der Abwasserbelastung

Erzeugung von heißer

Prozessluft für Trockner

Erzeugung von Warmwasser

für VBH, Lüftungstechnik etc.

Interne Abluftvorwärmung

Integrierte Abluftbehandlung mit TNV und Energierückgewinnung

Trocknerabluft

12


13


14

ENERGIESPARKONZEPTE l Energieverbrauch in der Lackieranlage

Kaltwasser-

Erzeugung

Beheizung


Haustechnik Hallen-

belüftung

Lack-

Temperierung

Farbmischraum

Kühlen

Kühlzone

Luft-

Konditionierung


ZwischentrocknerLuftkonditionierung

Spritzkabinen

Kühlen

KTL-Lack

Beheizung

Vorbehandlung

Warmwasser-

Speicher

Werknetz

Kaltwasser

Werknetz

Warmwasser

Ungefähr 70% der Energie zur Herstellung eines Automobils wird für die Oberflächenbearbeitung benötigt

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ENERGIESPARKONZEPTE l Vorgehensweise

16

ENERGIESPARKONZEPTE l Grundsatz

Bei der Planung von Energiekonzepten für Lackieranlagen gilt generell:

Keine Energieeffizienz-Maßnahme darf

einen negativen Einfluss auf die Qualität

des Prozesses und des Produktes haben

Der eigentliche Lackierprozess wird nicht von

Energieeinsparmaßnahmen beeinflusst

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ENERGIESPARKONZEPTE l Energieverbrauchsprognose

EISENMANN bietet detaillierte Energieverbrauchsprognose gemäß Norm

VDMA 24378 („Prognose des Energieverbrauchs von Lackieranlagen“)

• Erfassung aller Verbraucher

• Aufgliederung in

- Strom

- Erdgas

- Heißwasser

- Kaltwasser

- Druckluft

Basis für die Entwicklung

und Bewertung von Energie-

einsparmaßnahmen

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ENERGIESPARKONZEPTE l Bsp.: Energiebilanz Pulverlackieranlage

Aufteilung des Energiebedarfs einer Pulverlackieranlage

- 6-Zonen-Spritz-VBH - Wassertrockner mit Kühlzone

- 2 Pulverkabinen ohne Einhausung - IR-Vorwärmzone und Pulvereinbrennofen mit Kühlzone

- Power & Free Förderer

Elektrischer

Energieverbrauch

34%

33%

29%

4%

VBH

Trockner/KZ

Pulverkab.

FT

Thermischer

Energieverbrauch

26%

74%

VBH

Trockner

Aufteilung

Elektrisch / Thermisch / Druckluft

16%

82%

2%

Elektrisch

Thermisch

Druckluft

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ENERGIESPARKONZEPTE | Niedrigere Prozesstemperaturen

Reduzierung der benötigten Prozesstemperaturen

Bsp.: Vorbehandlung

- Durch Einsatz innovativer Vorbehandlungschemikalien kann die

Prozesstemperatur von Aktivbädern teilweise bis auf

Umgebungstemperatur abgesenkt werden

Bsp.: Pulverlackierung

- Durch Einsatz von Niedertemperaturpulver kann die

Temperatur im Pulvereinbrennofen von ca. 200°C auf

ca. 175°C reduziert werden

Erhebliche Einsparung von Heizleistung und

Wärmeverlusten bei gleichbleibendem Qualitätsniveau

20

ENERGIESPARKONZEPTE | Umluftführung

Umluftführung anstelle von Zu- und Abluft

bei (Automatik-) Spritzkabinen

• Wo es möglich ist, kann man durch Umluftführung

erhebliche Energieeinsparung durch

weniger Luftkonditionierung erzielen

• Selbstverständlich wird die Bildung einer explosionsfähigen

Atmosphäre durch eine Mindestabluft verhindert

Standard bei EISENMANN bei Automatik-Spritzkabinen

Luftkonditionierung als einer der energieintensivsten

Prozesse beim Lackieren wird „umweltfreundlicher“

+

F8

-

M6 M6

21

ENERGIESPARKONZEPTE l Energieeffizienz bei Trocknern

A-Schleuse führt zu erheblicher Reduktion der Wärmeverluste

Standard bei EISENMANN

Wenn aus konstruktiven

Gründen nicht möglich

(Höhenbegrenzung) dann

Trocknerausführung mit

Luftschleusen oder Toren

22

ENERGIESPARKONZEPTE l Gewichtsoptimierung Warenträger

Hintergrund: Teilweise über 50% der Heizleistung in Lacktrocknern

wird für die Aufheizung der Warenträger verbraucht

(keine Werschöpfung im lackiertechnischen Sinne)

Erhitzte Warenträger werden in darauf folgenden Kühlzonen

wieder abgekühlt

z.B. Verringerung der Profildicke bei Skidrahmen

Prozessverträgliche Gewichtsoptimierung

ist somit Energieeinsparung im doppelten

Sinne;

- Weniger Heizleistung in den Trocknern

- Weniger Kühlleistung in den Kühlzonen

ENERGIESPARKONZEPTE l Integration Solarthermie

Solarthermie-

Module

RITTER XL

SOLAR

Kaltwasser-

Erzeugung

Beheizung


Haustechnik Hallen-

belüftung

Lack-

Temperierung

Farbmischraum

Kühlen

Kühlzone

Luft-

Konditionierung


Zwischentrockner

Luftkonditionierung

Spritzkabinen

Kühlen

KTL-Lack

Beheizung

Vorbehandlung

Warmwasser-

Speicher

Werknetz

Kaltwasser

Werknetz

Warmwasser

ENERGIESPARKONZEPTE l Integration Solarthermie

Vorbehandlung, ZuluftanlagenKessel Puffer/Hydraulische Weiche

Solarfeld

Ausdehnungsgefäße

Funktionsweise:

Hohe Einstrahlung: Solaranlage versorgt den gesamten Prozess; Kessel sind aus

Geringe Einstrahlung: Solaranlage unterstützt den Prozess; Kessel liefern die noch benötigte Wärme

Schematische Darstellung

25

ENERGIESPARKONZEPTE | Steuerungstechnische Optimierung

Hochlaufverhalten: Vermeiden von Spitzenlasten beim Anfahren der Anlage

Spritzkabine: Variable Abluftmengen entsprechend der LM-Konzentration (lackabhängig)

Förderung des autothermen Betriebs in einer RNV weniger Gasverbrauch

Lücken- / Pausensteuerung: nur bei Durchsatz „arbeitet“ die Anlage

Über Lichtschranken erkennt die Anlage,

ob Lackierteile durchlaufen oder nicht

Vorbehandlung

Spritzpumpen

Kühlzonen, Trockner

Umluftventilatoren

Beleuchtung

Auf den Massendurchsatz abgestimmte Prozesswerte

führen zu erheblichen Energieeinsparungen jeglicher Art

26

ENERGIESPARKONZEPTE l Energiemonitoring mit EIMES

EIMES ist das moderne EISENMANN-

Produktions-Leitsystem

Die Wirksamkeit von Energieeffizienz-

Maßnahmen kann nur durch systematische

Erfassung, Dokumentation und Auswertung

von Messdaten beurteilt werden

EIMES bietet die Grundlage für ein modernes

Energiemonitoringsystem

Grundsätzliche Vorteile

• Steigerung der Produktivität

• Verkürzung der Produktionszeiten

• Transparenz im Produktionsprozess

• Rückverfolgung der Produktion

• Termintreue

Ressourcen- und energieeffiziente Oversprayabscheidung

Venturi (recirc.) E-CubeE-Scrub

28

Oversprayabscheidesystem EICUBE

Energieeffizientes Oversprayabscheidesystem

Konventionelle Abscheidetechnik: Venturi-Nassauswaschung

- Aufbereitung der Spritzkabinenumluft ist aufgrund der Auffeuchtung

extrem energieintensiv (Kühlen + Entfeuchten und wieder Aufheizen)

Innovative Abscheidetechnik: EICUBE

- Durch Trockenabscheidetechnik muss für die Aufbereitung der

Spritzkabinenumluft lediglich die Ventilatorwellenleistung

runtergekühlt werden

- Gesamtpressung des Umluftsystems viel geringer als bei der

konventionellen Nassauswaschung

Erhebliche Einsparung von elektrischer Leistung,

Kühl- und Heizleistung im Umluftsystem der Spritzkabine

29

Oversprayabscheidesystem EICUBE – Das Abscheideprinzip

30


Vorteile EICUBE

Einfache Bedienung

• Schneller Austausch der E-Cubes

• Personal ohne spezielle Ausbildung

• Ohne Zusatzwerkzeug

Energie- und Materialeffizienz

• Kein Wasser

• Keine Chemie

• Keine Zusatzstoffe

• Weniger Strom

- 42% - 100%

- 45% - 100%

Energie Wasser

Abfall Chemikalien

* Vergleich mit Eisenmann Venturi im Umluftbetrieb


32


Beispiel: Energie und ressourceneffiziente Metall-Lackierlinie

Einsparmöglichkeiten: Metall-Lackierlinie

1) Wasser und Chemikalien sparen durch

Kaskadenspültechnik und Standzeitverlängerung

2) Heizen der Vorbehandlung aus Abwärme der TNV

4) Qualitätsverbesserung durch Online-Schicht-

dickenmessung


2) Heizen des KTL-Einbrennofens

aus Abwärme der TNV

8) KTL-Einbrennofen mit A-Schleusen

10) Kaskadenkühlkonzept



8) Pulver-Einbrennöfen mit A-Schleusen

und guter Wärmedämmung

10) Kaskadenkühlkonzept9) Pulver-Recycling


0 kWh

1000 kWh

2000 kWh

3000 kWh

4000 kWh

5000 kWh

6000 kWh

7000 kWh

Standard Optimiert

Elektrisch

Thermisch

Bsp.: Ergebnis einer energieoptimierten Lackieranlage

Einsparung thermische Energie bis zu 50%

(durch Wärmerückgewinnung und Solarthermie)

Einsparung elektrischer Energie bis zu 30%

(durch Pausenregelung, Einsatz von

Frequenzumformern, Einsatz des

Abscheidesystems EICUBE und

einer Absorptionskältemaschine)

- Anlagenbeispiel: 3.600 h/a,

Energiepreis Gas 6 Ct/kWh, Strom 9 Ct/kWh

Jährliche Betriebskosteneinsparung bis zu 900.000 €/a


37

EISENMANN – Factory of the Future

39

Contact

Dr.-Ing. Peter Börgardts

Senior Key Account Manager

Environmental Technology

Phone: +49 7031 78-2879

E-Mail: [email protected]

Tübinger Straße 81, 71032 Böblingen, Germany

Zukunftstrend - Minimalmengenschmierung

in der zerspanenden BearbeitungHPM Technologie GmbH

2

2017 - HPM Technologie GmbH

Gliederung

• Die HPM Technologie GmbH

• Ökonomische Vorteile der Minimalmengenschmierung

• Ökologische Vorteile der Minimalmengenschmierung

• Ausblick in die Zukunft

3


Die HPM Technologie GmbH

• Gegründet 1945.

• Komplettanbieter in der Minimalmengentechnik

• Hersteller von Flüssigkeiten, Geräten für die Außen- und

Innenschmierung

• Belieferung nahezu jeder Branche sei es Aerospace, Lebensmittel,

Medizintechnik, Reifenherstellung, etc.

• Auszeichnung im Rahmen der TOP 100 als eines der innovativsten

Unternehmen in Deutschland im Jahre 2009

4


Ökonomische Vorteile der Minimalmengenschmierung

Anteilige Kosten pro gefertigtem Teil

Bezug: Statisches Bundesamt

5

MMS-Aerosol vs. KSS

6

MMS in der Serienfertigung

Quelle: Anger Machining

Maschine: Transferzentrum

Spindelanzahl: 98

Spindeln pro Arbeitsgang: max. 42 Spindeln

Material: AlMGSI12

Bauteil: Gehäuse Oberkasten

MMS-Konzept: HPM Breeze

Verbrauch: 19 Liter in 24 Monaten

7



8



• Reduzierung Schmierstoffverbrauch um ein Vielfaches

• Reduzierung Reinigungsaufwand

• Trockene Werkstücke – trockene Späne

• Wegfall Entsorgungskosten für Späne

• Höhere Schnittgeschwindigkeiten

• Keine Kosten für Emulsionspflege

• Besser Oberflächengüte.

9

Ökologische Vorteile der Minimalmengenschmierung

• Geringere Belastung der Umwelt durch reduzierten

Schmierstoffverbrauch

• Reduzierung der Stromkosten

• Reduzierung Immissionen und Emissionen

• Reduzierung von Hautunverträglichkeiten

• Geringere Krankheitsquote durch Kontakt mit

verunreinigten Schmierstoffen

• Keine Entsorgung von mit Kühlschmierstoff

verunreinigten Späne als gefährlicher Abfall

Ökologische Vorteile der Minimalmengenschmierung

Quelle: baua – Arbeitswelt im Wandel 2016

Stand der Minimalmengenschmierung in der Praxis

Umfrage im Auftrag des Umweltministeriums Baden-WürttembergMarktdurchdringung der Minimalmengenschmierung ca. 2%

Gründe dafür:

• Aufwand für Einzel- und Kleinserienfertigung zu hoch

• Individuelle Auslegung der Prozesse

• Erhöhter Schulungsaufwand der Mitarbeiter

• Bedenken hinsichtlich Verschmutzung der Maschine

• Kosten für die Beschaffung von MMS-Anlagen

12


Rechnerunterstützte Prozessoptimierung

13


Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

[SEMpress]

Smart Energy Monitoring in Druckmaschinen

Dr.-Ing. A. Maurer, Dr.-Ing. M. Mayer

19.10.2017 - 6. Ressourceneffizienz- und Kreislaufwirtschaftskongress

Inhalt

2

• Einleitung und kurze Vorstellung der Maurer Services GmbH

• Energiemanagement und Ressourcenschonung

• Forschungsprojekt: Energiemonitoring in Druckmaschinen (SEMpress-Projekt)

• Zusammenfassung und Ausblick

3

Maurer Services GmbH „Full Service-Partner“ der Druckindustrie

• hervorgegangen aus der 1973 gegründeten Wolfgang Maurer GmbH

• Kundenstamm:o Rollen-Druckereien, Zeitungs- und Akzidenzgeschäft im Offsetdrucko Dekor-, Verpackungs- und Illustrationstiefdruck, Flexo-Drucker

• Tätigkeitsbereich:o Service, Instandhaltung, Reparatur von Druckmaschineno komplette mechanische und elektrische Retrofits von Druckmaschineno Konstruktion, Fertigung, Maschinenumbauteno Maschinenumzüge und Schwermontageo Lohnfertigung, Lohnbeschichtungo Maschinenhandel

• Nationale und internationale Projekte:o Druckwerke für neue Technologien, z.B. gedruckte Elektroniko Falzapparaterweiterungen, Trichterüberbauteno umfangsfixierte und umfangsvariable Flexoeindruckwerkeo Kombinierung von Drucklinien mit unterschiedlichen

Falztechnologien.

• Intensive Zusammenarbeit mit Forschungseinrichtungen:o Antriebs- und Registerregeleinheit einer LaborMANo mehrere Versuchsstände zur experimentellen Untersuchung von Vorgängen im Druckprozesso Forschungsprojekt: Smart Energy Monitoring in Druckmaschinen, gefördert von der DBU

Inhalt

4





Energiemanagement und Ressourcenschonung

5

Energiemanagement: Planung und Betrieb von energietechnischen Erzeugungs- und Verbrauchseinheiten

Energiemonitoring: Fokus auf Erfassung der Daten, Visualisierung

Energiecontrolling: Fokus auf Auswertung der Daten

…aber… - auf Steuerungsebene der meisten Maschinen nicht implementiert- Installation von herstellerunabhängiger Hard- und Software erforderlich

unterschiedliche Ebenen:

o gesamter Betriebo gesamte Abteilungo Maschinenstraßeo Maschineo Komponente

unterschiedliche Pakete:

o Basispaket=> Erfassen, Speichern, Visualisieren, Auswerten, Überwachen

o Monitoring Datenpunkte=> Energieaufnahme, Langzeitverhalten, Überwachen

o Condition Monitoring=> Planbarkeit Wartung / Reparaturen

o Process Monitoring=> Reduktion Energie- und Medienverbrauch

Data Analysis Server (DAS)

Energiemanagement und Ressourcenschonung

6

unterschiedliche Ebenen:

o gesamter Betriebo gesamte Abteilungo Maschinenstraßeo Maschineo Komponente

unterschiedliche Pakete:

o Basispaket=> Erfassen, Speichern, Visualisieren, Auswerten, Überwachen

o Monitoring Datenpunkte=> Energieaufnahme, Langzeitverhalten, Überwachen

o Condition Monitoring=> Planbarkeit Wartung / Reparaturen

o Process Monitoring=> Reduktion Energie- und Medienverbrauch

INDUSTRIELLE RELEVANZ:

Energiemonitoringsysteme: … Optimierungsmöglichkeiten:

- Senkung Energie-, Medienverbräuche => Effizienzsteigerung, Ressourcenschonung- Vermeidung Energiespitzenlasten durch z.B. sequentielles Einschalten von Großverbrauchern- Reduzierung ungeplanter Maschinenstillstände, Wartungsplanung, Ersatzteilbeschaffung, usw.- Senkung Prozesszeiten und -kosten- Reduzierung des Blindleistungsbedarfs

VORAUSSETZUNG: KENNTNIS der IST-VERBRÄUCHE bzw. IST-ZUSTÄNDE !!!

Data Analysis Server (DAS)

Inhalt

7





Forschungsprojekt, gefördert durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt

• Projektlaufzeit: 3 Jahre, auf Wunsch der DBU in zwei Teilprojekte unterteilt• Projektteil 1 abgeschlossen

• Energetische Zusammenhänge im Druckprozess untersuchen (Grundzustände, Geschwindigkeit, Druck, Materialien wie z.B. Gummitücher, Druckfarben, …) verstehen und nutzen

• zwei Druckmaschinen:o Druckmaschine im Labormaßstab LaborMAN II, Institut für Printmedientechnik pmTUC, Chemnitzo Produktionsmaschine LithoMAN IV, Jungfer Druckerei und Verlag GmbH, Bad Herzberg

• Skalierbarkeit der Ergebnisse?

ZIEL: AUFFINDEN VON ENERGIEEINSPARPOTETIALEN bei Druckmaschinen

8

Energiemonitoring in Druckmaschinen (SEMpress)

Effizientere Hardware

- Trocknertechnologie- Antriebe ohne

Blindleistung- …

Intelligente Software

- Energiemanagement auf Steuerungsebene

- Regelung von Prozessparametern

Energetische Analyse von Anlagen bzw. Werken

Wann, wo, wie viel?(Energiemessung undkennzahlen)

Energetische Analyse der Prozessparameter

Bisher noch nicht umfassend untersucht

(Teil Phase 2)

Energiemanagement der Druckindustrie

Ressourcen- und Energieeinsatz reduzieren

Transparenz schaffen

9

3

+2

+

15

+4

AufwicklerAbwickler Infeed Flexo Tiefdruck Outfeed

6

7

8

L1 L2 L3 L4 L5


LaborMAN II 2 x 48S LithoMAN IV

• 2013/14 mechanischer und prozesstechnischer Retrofit durch Maurer Services GmbH

• steuerungsseitig auf aktuellem Stand der Technik• offene Programmstruktur• 8 direkt wirkende Antriebe• alle Achsen separat zu- und abschaltbar• Bahnbreite 140 mm

• 2 x 48S Rollen-Offset-Druckmaschine• Konstruktion, Aufbau, mechanischer und

prozesstechnischer Retrofit durch Maurer Services• Falzüberbau 48S liegend, Fa. Maurer Services• Komponenten: Rollenwechsler, Einzugwerk, 4 Druck-

werke, Fangvorrichtung, Trockner, Kühlwalzenständer, Falzüberbau, Falzapparat

• Bahnbreite 1460 mm

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+2

+

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+4


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L1 L2 L3 L4 L5


LaborMAN II 2 x 48S LithoMAN IV

• 2013/14 mechanischer und prozesstechnischer Retrofit durch Maurer Services GmbH

• steuerungsseitig auf aktuellem Stand der Technik• offene Programmstruktur• 8 direkt wirkende Antriebe• alle Achsen separat zu- und abschaltbar• Bahnbreite 140 mm

• 2 x 48S Rollen-Offset-Druckmaschine• Konstruktion, Aufbau, mechanischer und

prozesstechnischer Retrofit durch Maurer Services• Falzüberbau 48S liegend, Fa. Maurer Services• Komponenten: Rollenwechsler, Einzugwerk, 4 Druck-

werke, Fangvorrichtung, Trockner, Kühlwalzenständer, Falzüberbau, Falzapparat

• Bahnbreite 1460 mm

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Energiemonitoring in Druckmaschinen (SEMpress)Ergebnisse LaborMAN II

Vergleich der Energieverteilung beider Druckmaschinen

LITHOMAN IV LaborMAN II

53,9

12,6

5,0

5,7

16,9

2,7 3,2

DW 1

Abwickler

Wickler

Zugwerke

24 V Elemente

Bahnspannung

Sonstige

11

40

10

14

26

DW2

DW 1,3,4

Falzüberbau

MAN-Falz

Trockner (el.)

ca. 50 % der Gesamtenergie sind für den

eigentlichen Druckprozess aufzuwenden.

12

Energiemonitoring in Druckmaschinen (SEMpress)Ergebnisse LaborMAN II

Einfluss der Variationsparameter auf den Gesamtenergieverbrauch:

Referenzversuch: beide Druckwerke pressungsfrei, Bahntransport, v=3,0 m/s 1300 W

Variationsparameter Bemerkung ∆𝑬𝒈𝒆𝒔. [W] ∆𝑬𝒈𝒆𝒔. [%]

Druckspalte geschlossen (TD, Flexo) Tiefdruckwerk: p=2 bar; Flexodruckwerk: Kiss-Print +890 +68

Tiefdruckwerk Anstelldruck, p = 5 bar -300 -23

Leitachsgeschwindigkeit Absenkung auf v = 0,5 m/s -264 -20

Flexodruckwerk, Abstand Zyl.achsen Druck an, Druck aus +200 +15

Bahntransport ohne Bahntransport -200 -15

Bahnspannung Summe: min 140 N; max: 200 N +6 +0,5

Anzahl zusätzlicher Papierleitwalzen n = 0 … 13; (TD: + 4,8W/PLW; Flexo: +1,9W/PLW) +90 +7

Pressungszustände zw. mot. Achsen Gegendruckzyl. - Gummizyl. - Aniloxzyl. (hart-weich-hart): Pressungen: ohne, 1-seitig, 2-seitig

+430 +33

Hart-Weich-Zylinderpaarung 4 Gummitücher; Durchmesserunterschiede von Gummizylinder zu Gegendruckzylinder / Aniloxzylinder

+3790 +290

Weiterführende, experimentelle Untersuchungen im zweiten Projektteil Variation erweiterter Prozess-Parameter

- Bedruckstoffe- Farbrheologie, usw.

13


elektrischer Wirkleistungsverbrauch der Druckmaschine LithoMAN IVwährend einer Produktion, Jungfer Druckerei und Verlag GmbH.

0

10

20

30

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0 10000 20000 30000 40000 50000 60000

Leit

ach

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sch

win

dig

keit

[m

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el.

En

erg

ieve

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uch

Dru

ckm

asch

ine

[kW

]

Zeit [s]

ges. el. Energie v [m/s]

Einricht-Phase

Produktions-Phase

Beschleunigungs-Phase

50

75

100

125

150

175

200

225

250

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

Wir

kle

istu

ng

[kW

]

Zeit [s]

WZ 2

WZ 3

WZ 4

WZ 5

WZ 6

WZ 7

WZ 8

WZ 9

WZ 10

WZ 11Start Ende

Waschzyklen

Druckwerke

Wirkleistung der vier Druckmaschine LithoMAN IV beim Gummituch-waschen während einer Produktion, Jungfer Druckerei und Verlag GmbH.

Energieverbrauch 4 Druckwerke

Druckwerke Produktion [kW] 130,7

Druckwerke Waschen [kW] 215,5 +65 %

Energieverbrauch, el. 4 DW FÜ FA Trockner

Wirkleistung [kW] 131 25 35 68

Energieanteil [%] 51 10 13 26

Ergebnisse LithoMAN

14


elektrischer Wirkleistungsverbrauch der Druckmaschine LithoMAN IVwährend einer Produktion, Jungfer Druckerei und Verlag GmbH.

Energieverbrauch 4 DW FÜ FA Trockner

Wirkleistung [kW] 131 25 35 68

Energieanteil [%] 51 10 13 26

Wirkleistungsverbräuche von Trocknern unterschiedlicher Konfigurationenwährend einer Produktion, Jungfer Druckerei und Verlag GmbH.

Jungfer: energieeffizientester Betrieb des Trockners:Heißgas zur Trocknung der Druckprodukte wird aus Abwärme einer Gasturbine gewonnen.

0

10

20

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0 10000 20000 30000 40000 50000 60000

Leit

ach

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[m

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el.

En

erg

ieve

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uch

Dru

ckm

asch

ine

[kW

]

Zeit [s]

ges. el. Energie v [m/s]

Einricht-Phase

Produktions-Phase

Beschleunigungs-Phase

Waschzyklen

Druckwerke

Ergebnisse LithoMAN

0

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300

400

500

600

700

0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000

Ene

rtie

verb

rau

ch T

rock

ne

r [k

W]

Zeit [s]

konv. Trockner ohne TNV

Trockner mit TNV

Trockner - Jungfer

Trockner (el)

15


Gesamtenergieverbrauch der Druckmaschine LithoMAN IVwährend einer Produktion, Jungfer Druckerei und Verlag GmbH.

Energieverbrauch 4 DW FÜ FA TR, el. TR, th.

Wirkleistung [kW] 131 25 35 68 10

Energieanteil [%] 49 9 13 25 4

Jungfer: energieeffizientester Betrieb des Trockners:Heißgas zur Trocknung der Druckprodukte wird aus Abwärme einer Gasturbine gewonnen.Einsparpotential gegenüber Trocknerbetrieb mit TNVca. 100 kW

Ergebnisse LithoMAN

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100

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300

400

500

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700

0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000

Ene

rtie

verb

rau

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rock

ne

r [k

W]

Zeit [s]


Trockner mit TNV

Trockner - Jungfer

Trockner (el)

0

100

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500

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0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000

Ge

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mas

chin

e [

kW]

Zeit [s]


Trockner mit TNV

Trockner - Jungfer

Wirkleistungsverbräuche von Trocknern unterschiedlicher Konfigurationenwährend einer Produktion, Jungfer Druckerei und Verlag GmbH.

16

Zusammenfassung und Ausblick• Vorstellung der Maurer Services GmbH mit Ihrem Tätigkeitsbereich / Leistungsportfolio

• Energiemanagement / -monitoring mit verschiedenen Betrachtungsebenen und Optimierungsmöglichkeiten des Energieverbrauchs aufgezeigt

• Vorstellung des Forschungsprojekts SEMpress, gefördert von der

Projektpartner:

erste Projektphase abgeschlossen

• Grunduntersuchungen an Labordruckmaschine durchgeführt

• Variation von Betriebszuständen, Leitachsgeschwindigkeiten, Drücke, mit / ohne Bahntrans-port, Bahnläufe, Zylinderzustellungen, Zylinderpaarungen, Anzahl umschlungener Walzen usw.

• Energieeinsparpotentiale LaborMAN II: Zylinderdrücke, Pressungszustände, Hart-Weich-Zylinderpaarung, Abrollgeschwindigkeiten Druckzylindern

• produktionsbegleitende Datenerfassung und -anlayse an einer 48S LithoMAN IV

• Energieeinsparpotentiale LithoMAN IV: Betrieb / Energieversorgung des Trockners

Jungfer: größtmögliche Energieeffizienz beim Betrieb des Trockners durch Abwärmenutzung einer Gasturbine

- nächste Teilprojektphase: detaillierte Untersuchungen, z.B. Bedruckstoffe, Farben, usw.

• FAZIT: Energiemanagementsysteme stellen ein sehr effektives Werkzeug zur Erkennung von Energieeinsparpotentialen dar

3

+2

+

15

+4


6

7

8

L1 L2 L3 L4 L5

17

Effizienzpotentiale in der

Druckfarben- und Lacktrocknung

mittels UV-TechnikenDr. Robert Sänger, Geschäftsführer Technik, IST Metz GmbH

Trocknen und Härten von Farben

2Quelle: links: http://www.rtm.tu-darmstadt.de/

rechts: https://www.heidelberg.com/global/de/products/press/sheetfed_offset/star_system/star_system_overview/overview_3/dry_star_le_uv/

http://www.rtm.tu-darmstadt.de/

3

Bedeutung der Effizienz

= $

gesellschaftlich technisch kommerziell

Technologien und Energiebedarfe

4

Grundlage: XL106 Daten, nur Trocknungs-/Härtungsanlage

/kW

Effiziente LED UV Quellen (und Versorgung)

5

und … optimierte, hochreaktive Farbsysteme

Zeitliche und Örtliche Steuerung

6

Effiziente Optiken

7

Flexibilität + Investitionssicherheit

8

DIE MODIFIZIERTE

BEGASUNGSHAUBE

DBU/VDMA-Forum auf dem Ressourceneffizienz- und Kreislaufwirtschaftskongress BW

Eine Innovation im energieintensiven

Begasungsprozess der Kernherstellung für

die Gießerei-Industrie

1

SAND KERN

DBU/VDMA-Forum auf dem Ressourceneffiziens- und Kreislaufwirtschaftskongress BW

2

SANDKERN-HERSTELLUNG


3

• Sandkerne werden eingesetzt zur Gussteil-Herstellung.

• In Abhängigkeit zum Gießverfahren bestimmen die

Sandkerne die Innen- und Außenkontur des Gussteils.

• Sandkerne bestehen aus klassierten Quarzsand und

Bindemittel.

• Quarzsand und Bindemittel werden homogen zu einem

Formstoff gemischt.

• Sandkerne sind Gasdurchlässig.

• Der Formstoff wird mittels einer Kernschießmaschine in

einem Kernwerkzeug zur Formgebung überführt.

• Der Formstoff im Kernwerkzeug wird anschließend über

einen Begasungsvorgang ausgehärtet.

SANDKERN-HERSTELLUNG


4

Kernwerkzeug

GUSSTEIL-HERSTELLUNG


• Nach der Kernherstellung wird der Sand Kern dem Gießprozess zugeführt.

• Der Sand Kern stellt die Innenkontur des Gussteils dar.

• Die Stahlform (Kokille) gibt dem Guss Teil die Außenkontur.

5

Stahlform

BESCHREIBUNG DES ENERGIEINTENSIVEN BEGASUNGS-UND

AUSHÄRTEPROZESSES IN DER SANDKERN-HERSTELLUNG


6

• Das Kernwerkzeug wird durch die Kernschießmaschine mit

Formstoff gefüllt.

• Anschließend wird eine sog. Begasungshaube druckdicht auf

das Kernwerkzeug aufgesetzt.

• Über die Begasungshaube wird thermisch aufbereitete

Druckluft in das Kernwerkzeug überführt.

• Gleichzeitig wird über die Druckluft (Trägergas) ein

Katalysator eingeleitet (Cold-Box-Verfahren).

• Durch den Katalysator kommt es zu einer beschleunigten

Aushärtung der Binderkomponenten im Formstoff.

• Der Sand Kern erhält seine Anfangsfestigkeit und kann aus

dem Kernwerkzeug entnommen werden.

HERSTELLUNG VON SANDKERNEN IN DER PRAXIS


Kernschießmaschine

Begasungshaube

Kernwerkzeug

7

VERGLEICH DER BEGASUNGS-KONZEPTE (STAND DER TECHNIK)


8

BEGASUNGS-KONZEPT DER MODIFIZIERTEN BEGASUNGSHAUBE


9

Motivation zur Entwicklung der modifizierten Begasungshaube

• Die modifizierte Begasungshaube ist konzipiert worden, um die

konventionellen Begasungshauben zu ersetzen.

• Konventionelle Begasungshauben sind in ihrer Gestaltung

primitiv ausgeführt.

• Es entstehen hohe Energieverluste (30-40%) durch lange

Transportwege des aufgeheizten strömenden Mediums .

• Zusätzlich sind die Ausführungen in strömungstechnischer

Hinsicht inakzeptabel, so das auch an dieser Stelle

Energieverluste (10-20%) auftreten.

• Motivation für die Neuentwicklung der neuen Begasungshaube

ist die nahezu verlustarme Umsetzung der erzeugten Energie mit

Heizaggregaten zur Aufbereitung von heißen Trägergasen zur

Aushärtung von organischen oder anorganischen gebundenen

Sandkernen.

10

Beschreibung der modifizierten Begasungshaube


Das Konzept wurde durch folgende konsequente Entwicklung

umgesetzt.

• Das Trägergas wird innerhalb der modifizierten

Begasungshaube durch Heizaggregate aufbereitet.

• Das aufbereitete Trägergas wird direkt auf kürzesten Weg

in das Werkzeug geleitet. Es entstehen keine

Energieverluste.

• Der innere Aufbau der modifizierten Begasungshaube ist so

konzipiert worden, dass eine strömungsgünstige Konstruktion

gewählt wurde. Es entstehen keine Energieverluste.

• Die eingesetzten Heizaggregate sind konventioneller Bauart.

• Die modifizierte Begasungshaube ist modular aufgebaut und

entspricht damit den geforderten Rahmenbedingungen für

explosionsfähige Gemische.

11

PROTOTYP DER MODIFIZIERTEN BEGASUNGSHAUBE


12

VORTEILE DER MODIFIZIERTEN BEGASUNGSHAUBE


1. Die Heizelemente können wahlweise aktiviert werden und eine maximale

Leistung von bis zu 30 KW erzeugen. Dadurch ist es möglich die Heizleistung

dem jeweiligen Kernvolumen anzupassen und Heizenergie einzusparen.

2. Verwendung konventioneller kostengünstiger Heizelemente.

3. Die verwendeten Heizelemente sind außerordentlich wartungsfreundlich.

Die Heizelemente können separat ausgetauscht werden.

4. Die Begasungshaube ist modular aufgebaut. Damit ist gewährleistet, dass

die Dosierung von explosiven Gemischen aus Katalysator und Trägergas

getrennt vorgenommen wird und somit keine Ex-geschützten Heizelemente

eingesetzt werden müssen.

5. Einfache Dosierung des Katalysators.

6. Die modifizierte Begasungshaube ist zusätzlich konzipiert für die

Nachrüstung in bestehende Kernschießmaschinen.

7. Kompakte Bauweise.

8. Hohes Energie Einsparungspotential.

9. Hohes Einsparungspotential im Bereich der eingesetzten Katalysatormenge.

13

ZUSÄTZLICHE EFFEKTE DURCH DEN EINSATZ DER MODIFIZIERTEN

BEGASUNGSHAUBE


Grundsätzlich muss bei einer Cold-Box-Kernfertigung eine Absaugung der

katalysatorhaltigen Luft erfolgen. Die kontaminierte Luft wird einem sog.

Amin-Wäscher zugeführt. Im Gegenstrom-Prinzip wird das tertiäre Amin aus

der Abluft mit einer Säure ausgewaschen. Es entsteht eine Waschlösung die

entsorgt werden muss.

Durch den Einsatz der modifizierten Begasungshaube und der daraus

resultierenden großen Einsparungen an Katalysator-Menge ergeben sich

zusätzliche Einsparungspotentiale in den folgenden Bereichen,

1. Signifikante Reduzierung der Dimensionierung des Amin-Wäschers für

die Behandlung der kontaminierten Abluft. Das bedeutet eine erhebliche

Reduzierung der Investitionskosten.

2. Damit verbunden eine signifikante Reduzierung der Waschlösungen aus

der Behandlung der Abluft und den damit verbundenen

Entsorgungskosten.

14

WIRTSCHAFTLICHKEIT DER MODIFIZIERTEN BEGASUNGSHAUBE

DBU/VDMA-Forum auf den Ressourceneffiziens- und Kreislaufwirtschaftskongress BW

Im Rahmen von Versuchen in einer Gießerei wurden die folgenden

wirtschaftlichen Kennwerte im Zusammenhang mit der Anwendung der

modifizierten Begasungshaube festgestellt.

1. Die Taktzeit des einzelnen Begasungsvorganges konnte von 26s/Kern auf

13s/Kern reduziert werden. Dadurch konnte eine Taktzeitreduzierung von

50 % erreicht werden.

2. Die Katalysatormenge für den Begasungsvorgang/Kern konnte um 66,7 %

reduziert werden.

3. Durch die Taktzeitreduzierung konnte die Produktivität der Kernherstellung

um 138 Sandkerne/h (50%) gesteigert werden.

4. Die Kernherstellkosten/Kern konnten um 6,5 % reduziert werden

gegenüber der konventionellen Kernfertigung.

5. Einsparung der Heizkosten von ca. 50 % gegenüber der konventionellen

Begasung von Kernen.

15

KOSTEN EINSPARUNG KERNHERSTELLUNG


16

Produk. MBH Einsparung %

Begasungszeit (s) 26 13 50

26

13

50

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

Beg

asu

ngs

zeit

(s)

Einsparung der Begasungszeit/KernVergleich zwischen der Produktion (Produk.)

und der modifizierten Begasungshaube (MBH)

Produk. MBH Einsparung %

tertiäre Aminmenge (g) 3 1 66,66

3 1

66,66

05

10152025303540455055606570

Tert

iäre

Am

in M

en

ge (

g)

Einsparung der tert iäre Aminmenge/Kern Vergleich zwischen der Produktion (Produk.) und

der modifizierten Begasungshaube (MBH)

138

0

277

138

0

50

100

150

200

250

300

Ausbringung Kerne/h Produktivitätssteigerung

Ker

ne/

h

Ausbringung Kerne/h (Produktivitätssteigerung) durch MBH

Konventionelle Kernfertigung MBH Kernfertigung

KOSTEN EINSPARUNG KERNHERSTELLUNG


17

2,792,61

0,18

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

Kernherstellungskosten €/Gussteil Konventionell

Kernherstellungskosten €/Gussteil (MBH)

Einsparung €/Gussteil durch MBH

Ker

nh

erst

ellu

ngs

kost

en €

/Gu

sste

il

Kernherstellungskosten €/Gussteil im Vergleich durch 50 % Reduzierung der

Kernherstellungzeit

3080,16

2881,44

198,72

398,88

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

Kosten €/Schicht Kernfertigung

Kosteneinsparung €/Schicht durch MBH ohne Produktivitätsst.

Kosteneinsparung €/Schicht durch Produktivitätsst. MBH

€/Schicht

Kosteneinsparung €/Schicht

MBH Kernfertigung Konventionelle Kernfertigung

KOSTENEINSPARUNG KERNFERTIGUNG


18

Kapitalrückfluss bei einer Investitionssumme von ca. 30.000 €/Modifizierte Begasungshaube

Ohne Produktivitätssteigerung (Jahr): 0,67

Mit Produktivitätssteigerung (Jahr): 0,33

44.973,50

90.272,13

89.947,00

180.544,25

0,00 40.000,00 80.000,00 120.000,00 160.000,00 200.000,00

Gesamteinsparung €/Jahr ohne Produktivitätsst.

Gesamteinsparung €/Jahr mit Produktivitätsst.

GESAMTEINSAPRUNG €/JAHR

Gesamteinsparung durch den Einsatz der modifizierten Begasungshaube/Jahr

Zweischichtbetrieb Einschichtbetrieb

Einschichtbetrieb

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