Omkostninger ved køle-smøremidler

DAMRC har gennem flere år gennemført produktivitetsoptimeringer og industriforskning med henblik på at styrke dansk industri, herunder særligt bearbejdningsindustriens rammebetingelser og muligheder for at adaptere ny viden mhp. at fastholde og styrke sin position.

Gennem projekett har DAMRC arbejdet for at opbygge viden om og forståelse for hvad der sker når man begynder at arbejde med at reducere trykket og flowet på kølesmøremiddelsystemer. Projektet er skabt på baggrund af litteratur, som har vist at kølesmøremiddelprocessen udgør en væsentlig andel af CNC-bearbejdningscentres samlede energiforbrug, og har til formål at omsætte denne viden til en praktisk demonstration af, i hvilket omfang det er muligt at formindske energiforbruget ved CNC-fræsning ved at justere på kølesmøremiddel tryk og flow for processer som kræver kølesmøremiddel. En vigtig del er at forstå de afledte effekter det har på bearbejdningskvalitet og arbejdsmiljø såvel som økonomiske og miljømæssige aspekter, som er afsøgt i en kombination af geometriske målinger, visuelle analyser samt målinger vedr. arbejdsmiljø aspekter.

Projektet er bygget op som et komparativ for-projekt der kan danne grundlagt for et større projekt, og har derfor også afsøgt potentialet for projektet. Dette er gjort gennem en potentialeafdækning, ved at kortlægge markedsstørrelsen for flow- og trykreduktion, herunder antal CNC-styrede bearbejdningscentre i industrien som hhv. har eller kan opgraderes til at kunne tryk og flow justere.

Afdækningen har vist, at ud af den danske maskinpark på 15.000 maskiner er ca. 5% af maskinerne, som kan trykjusteres i deres kølesmøremiddelsystem. Såfremt disse ca. 750 maskiner kan reducere deres energiforbrug med 25%, vil det beløbe sig i en årlig energibesparelse på ca. 1,67 GWh og en reduktion på 485,2 ton CO2. Såfremt tryk/flow reduktion skal udbredes til de resterende 95% af den danske maskinpart vil det kræve en investering i justerbare anlæg med en enhedspris på mellem 75.000-250.000 kr. pr. maskine, hvilket fra et økonomisk break-even synspunkt først balancere efter reduktion af energiforbruget på minimum ca. 30’000 kWh pr. maskine. Installeres trykjusterbare systemer imidlertid på samtlige bearbejdningscentre i Danmark, vil der være en potentiel national energibesparelse på 33,4 GWh, såfremt trykjusteringerne foranlediger sænkelse af energiforbruget med 25%.

Efterfølgende er der gennemført en systematisk testfase i DAMRC eget Teknologicenter, på et CNC-bearbejdningscentre med justerbart tryk- og flow- kølesmøremiddelsystem og ved brug af strømmålingsudstyr. Testfasen har bestået af tre forsøgsrækker hvor bearbejdningsforsøg i tre gængse materialer i industrien, rustfrit stål (AISI304), stål (S275) og aluminium (AW6082), er gennemført. For hver forsøgsrække er trykket og flowet blevet justeret jf. prædefinerede inkrementer, således der opnås klar forståelse for sammenhængen mellem tryk og flow indstillingen, og det faktiske energiforbrug. Hvilket har medført at 12 forskellige tryk- og flow indstillinger er blevet testet for de tre materialer, med tilhørende strømmålinger.

Gennem de praktiske bearbejdningsforsøg har projektet vist at der ér en væsentlig energibesparelse at hente ved nedjustering af kølesmøremiddel trykket og flowet. Ved en trykreduktion fra 40bar til 18bar har forsøgene vist, at det samlede energiforbrug for bearbejdningscentret kan reduceres med 15-25%. Det svarer reelt til reduktioner i kW-forbruget på 1,2kW, 1,3kW og 0,5kW ved reduktion af trykket fra 40 til 18 bar for forsøgene i hhv. aluminium, stål og rustfrit stål (start forbrug ved 40bar var 4,8kW, 5,5kW og 3,8kW).

Projektet har desuden vist at der er en stor sammenhæng mellem flow gennemstrømningen og det generelle energiforbrug – således har studiet vist at halvering af flowet ved reduktion af flow kanalernes diameter, kan reducere energiforbruget med 20-30% mens trykket fastholdes ved maksimum indstilling (i dette projekt, 40bar). I kW svarer dette til en reduktion i størrelsen 1-1,7kW, hvilket også fremhæver denne tilgang til energibesparelser som vigtig og relevant for industrien. Dette resultat indikerer endvidere, at der ved ”tør bearbejdning” er en potentiel større energimæssig gevinst at hente – såfremt bearbejdningsforholdene tillader det.

På grund af disse resultater har det ikke været muligt at definere en specifik regel for energibesparelsen ved tryk/flow reduktion, da forsøgene har vist at de i høj grad afhænger af hvor stor andel kølesmøremiddelanlæggets energiforbrug udgør af det totale forbrug for bearbejdningscentret. Dog har det vist at der er væsentlige energibesparelser at opnå, såfremt bearbejdningsvirksomhederne aktivt arbejder med at identificere de ikke kritiske processer ift. brug af kølesmøremiddel, hvorved der kan arbejdes med justering af tryk/flow – og at der ved at kigge ind i bearbejdningscentres støtteprocesser er store potentialer for mærkbare energibesparelser.

Emnekvalitetsanalyserne har IKKE vist nogen tendentiel negativ påvirkning fra det lavere tryk og flow. Dog er der med hensyn til værktøjsstand og slid observeret tendentielt forøget slid på værktøjerne brugt til forsøgene i stål. Grundet råemnets karakteristika med glødeskal indikere disse resultater, at relevansen for tryk/flow reduktioner ved materialeforhold med glødeskaller og lignende er begrænset. Analyserne har endvidere vist udfordringer med spånafledning ved lommer ved bearbejdning af tungere materialer med høj densitet (stål og rustfrit stål ved disse forsøg). Dette blev observeret ved trykindstillinger under 25 bar, hvilket indikerer, at der er en kritisk grænse, under hvilken, kølesmøremidlet ikke har kraft nok til at spule spånerne væk – og derved begrænser relevansen for kølesmøremiddel med lavt tryk. Målinger af partikelkoncentrationen af våde partikler (hhv. 10my og 1my partikel størrelse) for forsøgene i rustfrit stål (AISI304), har vist en tendens til en faldende koncentration ved lavere tryk for begge partikel størrelser, med tendentielle ændringer på ca. 50% og 33% for hhv. 10my og 1my partikler. Dette indikerer at der i mindre grad dannes olie røg- og tåger, hvilket har en positiv indvirkning på maskinoperatørernes sundhed og derved arbejdsmiljøet.

Resultatet af dette projekt – sammen med resultater fra andre projekter hos hhv. DAMRC og Aarhus Universitet vedr. energiforbrug på bearbejdningsmaskiner – har etableret et fundament for et fremtidigt projekt, hvortil der vil blive søgt fondsmidler. Dette projekt vil studere energiforbruget for støtteprocesser og ”stand-by-modes” på bearbejdningscentre, med målet om at identificere energibesparelsespotentialer ved disse processer, da disse føromtalte projekter har vist at op mod 90% af et bearbejdningscenters energiforbrug går til disse forskellige støtteprocesser og ”stand-by-modes”.

Desuden vil DAMRC fortsat kommunikere og fremhæve projektets opnåede erkendelser og resultater, som en bæredygtig metode for bearbejdningsvirksomhederne til at reducere sit energiforbrug på bearbejdningscentre – og potentielt sin bundlinje.