Entwicklung eines Verfahrens und einer Anlage zur industriellen Applikation von umweltfreundlichen mineralölfreien Umformschmierstoffen bei Tiefziehprozessen

Status

abgeschlossen

Kurzfassung

Bei Tiefziehprozessen sind mineralölbasierende Umformschmierstoffe Stand der Technik. Der Einsatz dieser Schmierstoffe wird von Gesetzgebern (EU/national) und Industrie aufgrund umweltpolitischer Überlegungen zunehmend kritischer gesehen. Problematisch sind Erfassung und Entsorgung sowie Gesundheitsbelastung am Arbeitsplatz bedingt durch die notwendige Applikation mittels Sprühnebel. Eine weitere Belastung stellt der anschließende Reinigungsprozess dar, da der Schmierstoff vor Weiterverarbeitung unbedingt entfernt werden muss.

Mittels neuer Richtlinien, Förderungen und freiwilligen Bestrebungen der Industrie werden die mineralölbasierenden Schmierstoffe durch umweltfreundliche Alternativen wie biologisch abbaubare Wachsemulsionen nun mittelfristig ersetzt werden. Zu Projektbeginn war die industrielle Applikation dieser Schmierstoffe in einem kontrollierten Prozess noch nicht gelöst. Bisherige Lösungen basieren auf Handarbeit und sind für den Serieneinsatz untauglich.

Ziel dieses Projektes war die Entwicklung eines Anlagenkonzepts inkl. Prototypen, mit welchem die Wachsemulsion kontaktgebunden auf das Blech übertragen werden kann. Wir erwarteten ernsthafte technische Probleme, da die Wachsemulsion sehr druck- und temperaturempfindlich ist und daher nur in kontrollierter Umgebung eine konstante Schichtdicke mit gleich bleibender Viskosität bei gleichzeitig hohen Vor-schub- und Taktgeschwindigkeiten aufgebracht werden kann. Die Ermittlung der physikalischen Parameter sowie darauf aufbauend die Entwicklung einer funktionierenden Prototyp-Anlage sahen wir als eine bedeutende technisches Herausforderung an.

Während der gesamten Projektdauer haben wir immer wieder Versuche über das Verhalten des Mediums unter den verschiedenen äußeren Bedingungen (Druck, Temperatur, etc.) durchgeführt. Durch die ständige Weiterentwicklung des Mediums während der Projektdauer war uns jedoch eine stabile Basis für unsere Entwicklung nicht gegeben. Aufgrund von fehlender Möglichkeiten mit dem wachsbasierten Medium Versuche beim Kunden durchzuführen, waren wir genötigt, um Praxistests unter realen Bedingungen durchzuführen, auf ein kohlenwasserstoffbasiertes äußert dünnflüssiges Medium zurückzugreifen. Mit diesem Medium haben wir dann Standfestigkeitsversuche mit unserer Prototypenanlage bei einem möglichen Kunden durchführen können. Es ist versucht worden, das Medium mittels eines drucklosen Förderverfahrens über speziell entwickelte Großflächendüsen kontaktgebunden auf das Blech zu übertragen.

Um eine gleichmäßige, taktgebundene Auftragung auf unterschiedliche Arbeitsbreiten zu ermöglichen, ist die Verwendung von stufenlos verstellbaren und sofort abschaltbaren Niederdruckpumpen erprobt worden. Die Pumpen sollten nach Abschaltung sofort stoppen, damit ein Nachlaufen des Mediums unterbunden wird. Es sind dazu verschiedene Förderpumpen getestet und entsprechend adaptiert worden.

Die variable Arbeitsbreite kann über mehrere Großflächendüsen, die über spezielle manuelle Kugelhahnen einzeln zuschaltbar sind, auf die erforderliche Arbeitsbreite angepasst werden. Die Großflächendüsen sind im Rahmen dieses Projekts spezifisch entwickelt worden und nach mehreren verschiedenen Varianten dahingehend optimiert worden, dass die gleichmäßige Verteilung des Mediums über die Breite der Düsen erreicht worden ist.

Der Praxistest hat gezeigt, dass mit den jetzigen Medien eine noch zu geringe Prozesssicherheit gegeben ist. Probleme mit dem Umstand, dass die Medien noch nicht fertig entwickelt sind und daher noch starken Änderungen unterliegen, machen in nächster Zeit eine prozesssichere automatisierte Lösung wenig erfolgversprechend.

Dies stellt für uns eine sehr wesentliche Erkenntnis dar, die uns einen deutlichen Wissensvorsprung für die Zukunft gibt.

Eine weitere wichtige Erkenntnis aus diesem Projekt ist, dass nur mit einer funktionie-renden Reinigungslösung eine Möglichkeit für den Durchbruch am Markt mit den neu-en Medien möglich ist. Zu Projektbeginn hatte es für uns den Anschein, dass die Rei-nigungsproblematik gelöst und schnell verfügbar ist. Dies ist jedoch nicht der Fall, womit für die Zukunft eine weitere Entwicklungsaufgabe ansteht.

Im Hinblick auf die Umstellung auf das neue Medium in Produktionsbetrieben hat sich als wesentliche Hürde herauskristallisiert, dass die Coils klimatisiert werden müssen, da ein relativ enger Temperaturbereich vor der Aufbringung des Schmierstoffs ein-gehalten werden muss. Dies wird eine wesentliche Änderung im Produktionslogistik-prozess mit sich bringen, sei es durch klimatisierte Lagerung oder einer Klimatisie-rungsvorrichtung, die der Presse vorgeschaltet ist.

Projektleitung

Walter Karl Kröss, Pfaffstaller Kröss GmbH

Mitarbeiter

• Bernd Bürgermeister
• Walter Bereuter
• Gernot Böckle

Walter Karl Kröss
Pfaffstaller Kröss GmbH
Treietstrasse 50, A-6832 Sulz