Rein aus Energiespargründen

Durch die in den letzten Monaten enorm gestiegenen Energiepreise und die ungewisse Versorgungslage mit fossilen Brennstoffen ist Energiesparen zu einer wirtschaftlichen Notwendigkeit geworden. Unternehmen sind daher in allen Bereichen auf der Suche nach Einsparpotentialen. Die Bauteilreinigung als qualitätssichernder Fertigungsschritt ist dabei keine Ausnahme. In diesem Zusammenhang stellen sich immer wieder die gleichen Fragen: Wie können Reinigungsprozesse energieeffizienter durchgeführt werden? Wie wirken sich Prozessoptimierungen entlang der Fertigungskette auf den Energieverbrauch aus? Durch welche Maßnahmen lässt sich der Energieverbrauch bei bestehenden und neuen Reinigungsanlagen verringern? Dieser Artikel soll erste Hinweise liefern. Ausführlichere Antworten bietet die internationale Messe für industrielle Teile- und Oberflächenreinigung Parts 2 Clean vom 11. bis 13. Oktober 2022 in Stuttgart sowie das begleitende Fachforum.

Die energiesparendste und kostengünstigste Reinigung ist die, die nicht erfolgen muss. Im Umkehrschluss bedeutet dies, je weniger Reinigung erforderlich ist, um die vorgegebene technische Sauberkeit zu erreichen, desto geringer sind Energiebedarf und Kosten. Neben der Wahl des richtigen Reinigungsverfahrens und -prozesses beeinflusst die eingebrachte Verschmutzungsmenge daher den Energie- und Zeitbedarf. Hier lassen sich häufig Einsparpotenziale ohne eine technische Veränderung der Anlage kostengünstig ausschöpfen. Dazu zählt die Überprüfung einmal festgelegter, teilespezifischer Prozessparameter. Sie werden meist anhand eines Worst-Case-Bauteils definiert, woraus Behandlungszeiten von 10 – 15 min oder auch länger fürs Reinigen, Spülen und Trocknen resultieren. Da die überwiegende Anzahl der zu reinigenden Werkstücke jedoch deutlich geringer verschmutzt ist, wird Energie und Zeit verschwendet – diese Teile werden länger als nötig gereinigt. Gelingt es, Worst-Case-Bauteile zu vermeiden und mit möglichst gering verschmutzten Werkstücken in die Anlage zu fahren, können die Behandlungszeiten deutlich verkürzt und der Energieverbrauch entsprechend verringert werden. Dies lenkt den Blick auf die Optimierung der Vorprozesse, wobei jeder Fertigungsschritt unter dem Aspekt der technischen Sauberkeit zu beleuchten ist. Ziel ist, die Nettoverschmutzung vor der Reinigung zu minimieren und konstant zu halten. Eine Maßnahme dabei kann beispielsweise ein einfacher Zwischenreinigungsschritt in der Fertigung durch Abblasen oder Gegenspülen mit ohnehin vorhandenem, sauberem Bearbeitungsmedium sein. Neben der verbesserten Energieeffizienz ermöglicht dieses Vorgehen, ein gewisses Qualitätslevel zu sichern. Gleichzeitig reduziert sich durch die verringerte Schmutzfracht der energetische Aufwand für die Medienaufbereitung.

Auf anlagen- und verfahrenstechnischer Seite tragen unterschiedlichste Maßnahmen dazu bei, den Energieverbrauch zu verringern. Um Wärmeverluste zu verhindern beziehungsweise zu minimieren, sollten Rohrleitungen und relevante Anlagenkomponenten gut isoliert sein. Ansätze bieten auch optimierte mechanische Verfahren, die eine effektivere und schnellere Abreinigung partikulärer und filmischer Verunreinigungen ermöglichen. So lassen sich beispielsweise mit der kinematischen Reinigung und Trocknung, bei der Korb- und Düsensystem gleich- beziehungsweise gegenläufig rotieren, im Vergleich zu statischen Düsensystemen und bezogen auf den prozessspezifischen Energiebedarf der Maschine bis zu 20 % Energie einsparen. Die Positionierung der Teile in der Arbeitskammer beeinflusst den Energieverbrauch ebenfalls. Sie sollten von allen Seiten gut zugänglich für das Medium und die Verfahrensmechanik sein. Dies lässt sich durch ein möglichst offen gestaltetes Drehgestell in der Arbeitskammer erreichen.

Bei Aggregaten wie Pumpen sorgt eine Frequenzsteuerung dafür, dass sie nicht ständig auf Höchstleistung laufen und dadurch Energie verschwenden. Apropos Dauereinsatz: Durch Software-Lösungen für ein effizientes Energiemanagement, die beispielsweise die Anlage in Betriebspausen oder Zeiten ohne Warenverfügbarkeit in einen „echten“ Standby-Modus herunterfahren, lässt sich viel Strom und Geld sparen. Je nach Ausführung erfordert ihr Einsatz eine effektive Produktionsplanung, damit die Anlage bei Bedarf betriebsbereit ist. Speziell bei neuen Anlagen lässt sich die erforderliche Pumpenleistung merkbar verringern, wenn die Führung der Rohrleitungen mit weniger Bögen, Winkeln und Knicken erfolgt. Allerdings wird dafür etwas mehr Aufstellfläche benötigt. Geht es um die Beheizung der Reinigungs- und Spülbäder, sorgen Wärmerückgewinnungslösungen, Wärmepumpen und Wärmetauscher dafür, dass die eingesetzte Energie im Kreislauf gehalten wird und nicht ständig neu zugeführt werden muss. Entwicklungen wie zum Beispiel das Wärmetauschmodul Heat X ermöglichen, Wärme aus externen Quellen, unter anderem Solarthermie und Prozesswärme, einzukoppeln. Die Kosten für diese Lösungen sind zum Teil noch vergleichsweise hoch, durch die gestiegenen Energiepreise verkürzt sich die Amortisationszeit jedoch spürbar.

Die Bauteiltrocknung ist insbesondere bei der Reinigung mit wasserbasierten Medien der größte Energieverbraucher. Effektivere Trocknungstechnologien bieten daher ein vergleichsweise großes Potenzial zur Energieeinsparung. Ansätze sind dabei unter anderem die Kombination von Infrarot- und Vakuumtrocknung sowie die Dampftrocknung. Die Kondensationstrocknung mit Wärmepumpe erfolgt je nach Bauteilen und Anwendung in einem Temperarturbereich zwischen 20 und 90 °C. Mit diesen Lösungen sind im Vergleich zur klassischen Heißlufttrocknung Einsparungen von 75 % und mehr erzielbar. Sie können als Standalone-Trocknungsanlage oder integriert in die Arbeitskammer der Reinigungsanlage umgesetzt werden.

Sowohl unter Energie- als auch Qualitätsaspekten spielt das Reinigungsbehältnis eine wichtige Rolle. Kästen aus verzinktem Lochblech sind hier kontraproduktiv. Sie verhindern, dass die Verfahrensmechanik uneingeschränkt zu den Teilen gelangt und verlängern dadurch die Reinigungszeit. Das Abtropfverhalten ist ebenfalls schlechter, was deutlich längere und damit energieintensivere Trocknungsprozesse erforderlich macht. Optimal sind Reinigungskörbe aus Runddraht, die eine allseitig gute Zugänglichkeit gewährleisten.

In vielen Fällen stellt sich die Frage, ob eine nasschemische Reinigung erforderlich ist oder sich die Anforderungen mit alternativen, trockenen Reinigungsverfahren, unter anderem Plasma-, Laser-, CO₂-Schneestrahl- oder Dampfreinigung, erzielen lassen. Bei Anwendungen, die nur eine partielle Reinigung erfordern, bieten diese einfach in den Fertigungsprozess integrierbaren Lösungen gegenüber der klassischen Allover-Reinigung nicht nur energetische Vorteile. Bei der optimalen Auslegung der Reinigungsprozesse und -parameter sowie der Optimierung von Vorprozessen unterstützen Anlagenhersteller durch Prozessanalysen und weitere Dienstleistungen. Die Entwicklung innovativer Lösungen für die Digitalisierung von Reinigungsprozessen und dem Einsatz Künstlicher Intelligenz für die bedarfsgerechte Anpassung der Reinigung sind weitere Schritte der Hersteller für einen energieeffizienten und CO₂-reduzierten Betrieb. Einen Beitrag dazu leistet darüber hinaus die intelligente Vernetzung der Gebäude-, Versorgungs- und Produktionstechnik.