Ressourceneffizienz in der Produktion Zerspanungsprozesse

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1 Ressourceneffizienz in der Produktion Zerspanungsprozesse Alessio Campitelli, M.Sc. Tagung PIUS Kosteneinsparpotenziale erkennen und nutzen! Trier, 9. Mai Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Institut IWAR Alessio Campitelli, M.Sc. 1

2 Forschungsfrage Wie können Ressourceneffizienzpotenziale von Zerspanungsprozessen im Unternehmen bewertet werden? Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Institut IWAR Alessio Campitelli, M.Sc. 2

3 Gliederung Vorstellung des Projektes "LernRess" Ermittlung von Einsparpotenzialen in der Zerspanung Ressourceneffizienz im Unternehmen bewerten Schulungen zur Ressourceneffizienz in der Zerspanung Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Institut IWAR Alessio Campitelli, M.Sc. 3

4 Gliederung Vorstellung des Projektes "LernRess" Ermittlung von Einsparpotenzialen in der Zerspanung Ressourceneffizienz im Unternehmen bewerten Schulungen zur Ressourceneffizienz in der Zerspanung Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Institut IWAR Alessio Campitelli, M.Sc. 4

5 Projekt LernRess Ziel Steigerung der Ressourceneffizienz in der betrieblichen Praxis Projektdauer bis Förderung: Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Institut IWAR Alessio Campitelli, M.Sc. 5

6 Projektkoordination und -bearbeitung Institut IWAR Fachgebiet Stoffstrommanagement und Ressourcenwirtschaft (Prof. Dr. Liselotte Schebek) Nachhaltigkeitsbewertung neuer Technologien (Ökobilanzen, Materialflussanalysen, Szenario-Analysen) Projekte zu Umweltmanagement und Optimierung von Energieund Ressourceneffizienz, Industrie 4.0 Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen (Prof. Dr.-Ing. Eberhard Abele) 6 Forschungsgruppen zu Fertigungstechnik und Produktionsorganisation Forschungsgruppe Zerspanungstechnologien, u.a. Forschungsschwerpunkt Innovative KSS-Strategien (MMS; CO 2 -Kühlung) Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Institut IWAR Alessio Campitelli, M.Sc. 6

7 LernRess: Projektinhalte Wie können Ressourceneffizienzpotenziale von Zerspanungsprozessen im Unternehmen bewertet werden? Ermittlung von Kenngrößen für Ressourceneffizienz (methodisch und inhaltlich) Ausarbeitung von Handlungsanleitungen für die betriebliche Praxis Umsetzung in einem Leitfaden und ein Schulungskonzept Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Institut IWAR Alessio Campitelli, M.Sc. 7

8 Ressourcen und Ressourceneffizienz Ressourcen: Was sind Ressourcen? aus betriebswirtschaftlicher Sicht: Materialien, Kapital, Personal, Know-how, Zeit aus umweltpolitischer Sicht: natürliche Ressourcen (Rohstoffe, Luft, Wasser, Boden, Energie, etc.) Quelle: Glossar zum Ressourcenschutz, Umweltbundesamt, Ressourceneffizienz: Verhältnis eines bestimmten Nutzens oder Ergebnisses zum dafür nötigen Ressourceneinsatz. Was bedeutet Ressourceneffizienz? Ich bin ressourceneffizienter! Quelle: VDI 4800 Blatt 1, Februar 2016: Ressourceneffizienz - Methodische Grundlagen, Prinzipien und Strategien Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Institut IWAR Alessio Campitelli, M.Sc. 8

9 Ergebnisse des Projekts: Leitfaden Der Leitfaden: unterstützt die Steigerung der Ressourceneffizienz in der Zerspanung legt den Fokus auf Kühlschmierstoffe (KSS) und Energie enthält einfache betriebliche Kenngrößen zur Einschätzung bestehender Potenziale beinhaltet Vorgehensweisen zur praktischen Ermittlung der Kenngrößen beschreibt Maßnahmen nach dem Stand der Technik enthält ein Schema zur Bewertung von ökonomischen, ökologischen und praxisrelevanten Effekten Leitfaden: effizienz_zerspanungsprozesse_final_screen.pdf Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Institut IWAR Alessio Campitelli, M.Sc. 9

10 Gliederung Vorstellung des Projektes "LernRess" Ermittlung von Einsparpotenzialen in der Zerspanung Ressourceneffizienz im Unternehmen bewerten Schulungen zur Ressourceneffizienz in der Zerspanung Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Institut IWAR Alessio Campitelli, M.Sc. 10

11 Ermittlung von Einsparpotenzialen 16 repräsentative Referenzprozesse Zerspanungsprozesse Werkstoffe Kühl-/Schmiertechnologien Planfräsen Aluminium KSS Bohren Gusseisen Vergütungsstahl MMS Quelle: Dania, Waggonfabrik Quelle: Industrie Schweiz, Bielomatik Abdeckung eines breiten Spektrums von gängigen Prozessen in der Industrie durch: Kombination von Zerspanungsprozessen, Werkstoffen & Kühl-/Schmiertechnologien Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Institut IWAR Alessio Campitelli, M.Sc. 11

12 Ermittlung von Einsparpotenzialen betriebliche Kenngrößen Durch die betrieblichen Kenngrößen lassen sich der Ressourcenverbrauch und die Ressourceneffizienz für die Referenzprozesse charakterisieren und vergleichen Strom Späne Druckluft Schmierstoff Verschlissene Werkzeuge Werkzeug Altemulsion Filtervlies Werkzeugmaschine Quelle: Grob Abfälle/Abwässer Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Institut IWAR Alessio Campitelli, M.Sc. 12

13 Optimierungsmaßnahmen (Auswahl) Betriebliche Optimierung KSS ~ MK3 Problem: Optimierungsbedarf des Energieverbrauchs der KSS- Hochdruckpumpe Abhilfe: Einsatz einer regelbaren KSS-Hochdruckpumpe Anpassung der NC-Programmierung Verringerung des Stromverbrauchs bis zu 25% Schmierstoffunabhängige Maßnahmen ~ MU2 Problem: Hohe Werkzeugkosten Abhilfe: Nachschleifen der Bohrwerkzeuge Erhöhung der Werkzeuglebensdauer zw. 60 und 80% Quelle: Heymann, Diss. ISF Dortmund Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Institut IWAR Alessio Campitelli, M.Sc. 13

14 Umstellung von KSS auf MMS Überflutungskühlung mit Kühlschmierstoff MM1 Minimalmengenschmierung Bildquellen: Würth, Bielomatik Problem: Hohe KSS-Verluste Hohe Wartungs- und Entsorgungskosten Beinhalten gefährliche Inhaltstoffe Abhilfe: Einsatz der MMS Technologie anstelle von KSS Geringerer Energieverbrauch Signifikante Reduzierung des Schmiermittelbedarfs Vermeidung von KSSbedingten Abfällen (Altemulsion, Filtervlies) Einsparungen: Energie 25% Schmierstoff 99% KSS-bedingte Abfälle entfallen Zunahmen im Druckluftverbrauch bis zu 80% möglich Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Institut IWAR Alessio Campitelli, M.Sc. 14

15 Gliederung Vorstellung des Projektes "LernRess" Ermittlung von Einsparpotenzialen in der Zerspanung Ressourceneffizienz im Unternehmen bewerten Schulungen zur Ressourceneffizienz in der Zerspanung Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Institut IWAR Alessio Campitelli, M.Sc. 15

16 Wie kann ich Ressourceneffizienz im Unternehmen bewerten? Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Institut IWAR Alessio Campitelli, M.Sc. 16

17 Plan-Do-Check-Act Plan Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Institut IWAR Alessio Campitelli, M.Sc. 17

18 Plan 1) Zuordnung des eigenen Prozesses zu einem Referenzprozess und Erhebung der Daten zum Ist-Zustand Stromverbrauch Druckluftverbrauch Schmierstoffverbrauch etc Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Institut IWAR Alessio Campitelli, M.Sc. 18

19 Plan 1) Zuordnung des Referenzprozesses und Erhebung der Daten zum Ist-Zustand Stromverbrauch Druckluftverbrauch Schmierstoffverbrauch etc. erste Einschätzung von RE-Potenzialen Vergleich der ermittelten Kennwerte mit den betrieblichen Kenngrößen der Referenzprozesse Auswahl einer Optimierungsmaßnahme Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Institut IWAR Alessio Campitelli, M.Sc. 19

20 Plan-Do-Check-Act Do Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Institut IWAR Alessio Campitelli, M.Sc. 20

21 Plan-Do-Check-Act Check Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Institut IWAR Alessio Campitelli, M.Sc. 21

22 Wie kann ich Ressourceneffizienz im Unternehmen bewerten? Betriebs- und Investitionskosten Rüstzeiten, Lärm- und Luftemissionen, Risiken, etc. Wie kann die Ressourceneffizienz von Zerspanungsprozessen bewertet werden? Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Institut IWAR Alessio Campitelli, M.Sc. 22

23 Bewertungsbereich natürliche Ressourcen Betriebs-/Prozessebene Unterscheidung der Bewertungsebenen! % % %? Gesellschaft Indikator I Indikator II ( ) Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Institut IWAR Alessio Campitelli, M.Sc. 23

24 Bewertungsbereich natürliche Ressourcen Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Institut IWAR Alessio Campitelli, M.Sc. 24

25 Check Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Institut IWAR Alessio Campitelli, M.Sc. 25

26 Plan-Do-Check-Act Act Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Institut IWAR Alessio Campitelli, M.Sc. 26

27 Gliederung Vorstellung des Projektes "LernRess" Ermittlung von Einsparpotenzialen in der Zerspanung Ressourceneffizienz im Unternehmen bewerten Schulungen zur Ressourceneffizienz in der Zerspanung Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Institut IWAR Alessio Campitelli, M.Sc. 27

28 Schulung Ressourceneffizienz in der Zerspanung Theorie Grundwissen der MMS-Technologie Was sind Ressourcen? Was ist Ressourceneffizienz? Bewertungsmatrix und ZerRess-Tool Technologische Parameter und Methoden zur Datenerhebung Datenerhebung Praxis Untersuchung zweier Prozesse 1. Fräsen Aluminium (mit KSS) 2. Fräsen Aluminium (mit MMS) Nutzung des ZerRess-Tools zur Ermittlung von Ressourceneffizienzpotenzialen Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Institut IWAR Alessio Campitelli, M.Sc. 28

29 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Bei Fragen stehe ich Ihnen gerne zur Verfügung. Alessio Campitelli, M.Sc. Wissenschaftlicher Mitarbeiter Technische Universität Darmstadt Fachgebiet Stoffstrommanagement und Ressourcenwirtschaft Franziska-Braun-Str. 7, Darmstadt Telefon: Leitfaden Schulungstermine Web: Fachbereich Bau- und Umweltingenieurwissenschaften Institut IWAR Alessio Campitelli, M.Sc. 29