• 11/03/2013

Eco2-Cut: weg naar ecologisch én economisch verspanen

Ecologischer verspanen betekent: minder verbruik van olie, koelmiddel, materiaal, en... energie, door bewuster om te gaan met bewerkingsmachines en procesparameters optimaal in te stellen.

Trefwoorden: #Eco2-Cut, #ecologie, #economie, #Goddeeris, #KMO, #Sirris, #verspanen

Lees verder

Magazine

Download het artikel in

Precieze richtlijnen daaromtrent zijn uitgewerkt in het Europese onderzoeksproject Eco2-Cut, waaraan partners uit België, Duitsland en Oostenrijk deelnamen. U wilt 5% besparen op uw elektriciteitsrekening? Hier is uw kans...

Binnen het Eco2-Cut-project werden collectieve acties en individuele case studies uitgevoerd. Jef Loenders, projectingenieur bij Sirris, geeft enkele van de opmerkelijkste resultaten voor elk ervan. «Ik schat dat bedrijven die rekening houden met de energie-efficiëntiemaatregelen die we erin voorstellen, tot 5% besparing op de elektriciteitsrekening komen», stelt hij.

Bij 'Goddeeris'
Bij Goddeeris verbruikten spindel en assen 23% van de energie die nodig was voor het verspanen van twee gietstukken. Maar liefst 77% daarvan bleek te wijten aan hulpcomponenten zoals hogedrukpompen, niveaupompen, koelpompen, reinigingspompen, spanentransportband, gereedschapswissels, ...

Enkele optimalisaties konden evenwel tot een lager energieverbruik leiden, vertelt Loenders. Om te beginnen bleek de maximale druk van de hogedrukpomp onnodig hoog ingesteld. Ze werd dan ook verlaagd: van 8 naar 6 bar. Dit leverde een reductie in energieverbruik op van 1,4 kWh.

Dan was er nog de koelpomp, voor de koeling van het gereedschap. Door haar niet in te schakelen bij een gereedschapswissel, maar nét voor het gereedschap in het materiaal treedt, wordt naar schatting 15% energie (1,6 kWh) bespaard. En dan was er nog de sproeipomp.

Die functioneerde continu, om het werkbereik te reinigen van spanen. Ook als er weinig of geen spanen werden geproduceerd... Door een intermitterende programmering van deze pomp, echter, nam dit energieverbruik af. Vervolgens raadt Loenders aan om, waar mogelijk, te werken met gecombineerde gereedschappen (zoals trappenboren).

Dat reduceert het aantal gereedschapswissels: het vermindert de tijd nodig om een stuk te produceren, net als het aantal vermogenspieken bij de acceleratie van de spindel. Maar de grootste besparing bleek mogelijk door in het weekend pompen volledig van het net te schakelen, in plaats ze in stand-by te laten.

Navraag bij de leverancier van de koelvloeistoffen leerde dat dit niet zou leiden tot de, bij Goddeeris, gevreesde groei van algen en/of bacteriën. Intussen is er bij deze firma één machine, van 7 kW, die op het eind van de week wordt afgeschakeld; dat levert een besparing van 4.011 euro energiekost op, per jaar. Het bedrijf onderzoekt intussen de mogelijkheid om ook andere machines in het weekend uit te schakelen.

Bij 'Dana Spicer Off-Highway'
Bij Dana Spicer Off-Highway stelden KULeuven en Sirris vast dat, voor elk van de slijpmachines, de bezettingsgraad 30 à 40% bedroeg. Bijna 70% van de tijd, echter, bleven ze in stand-by-modus. Dit ging gepaard met een verbruik van 2,5 kWh per slijpmachine. 1,5 kWh daarvan kwam voor rekening van de pomp die het slijpafval van het machinebed wegspoelt en de magnetische rol die het slijpafval afschraapt in een bak. Pomp en magnetische rol verbruikten dus ook energie wanneer geen slijpafval werd gecreëerd.

Jef Loenders: «Ons advies was: schakel een tijdsrelais op de spindel, zodat deze het commando geeft de pomp en de motor af te schakelen zodra de spindel niet meer draait. Dat is een ingreep die heel weinig kost; de terugverdientijd is minder dan een half jaar. Ook leidt dit tot minder slijtage aan motor en pomp, waardoor minder onderhoud nodig is.

Bovendien verdampte vroeger olie, doordat de magnetische rol constant draaide, met als gevolg dat de operatoren sneller olie moesten bijvullen. Dat is nu veel minder het geval. En aangezien de rol nu is uitgeschakeld, tenslotte, is minder koelmiddel nodig.» De ingreep leidt tot een energiekostreductie van 1.000 euro per jaar, per slijpmachine.

Nog bij Dana Spicer Off-Highway stelden KULeuven en Sirris vast dat de harddraaibank 72% minder energie verbruikte dan de slijpmachines voor een zelfde afwerkingsproces. Dit terwijl de procestijd 53% lager lag, en deze machine geen emulsie verbruikt.

Bij 'Comau'
Een vuistregel is: alles waardoor je het product sneller klaar hebt, zorgt voor energiebesparing, stelt Loenders. «Energieverbruik is namelijk vermogen maal tijdseenheid. Als je dus korter werkt, verlaag je de benodigde hoeveelheid energie.» Een mooi voorbeeld van wat dit oplevert, is te vinden bij de resultaten bekomen door de Oostenrijkse partner in het 'Eco2-Cut'-project.

Deze heeft gekeken naar snijcondities van een 5-assige freesmachine voor het grote automotive bedrijf 'Comau'. Uit de resultaten blijkt dat het reduceren van de terugtrekbeweging van het gereedschap (bvb. in de CAM-fase) 6,6% productiviteitswinst oplevert. Een reductie in procestijd van 2,9 seconde (en dus energiebesparing) volgde ook uit het verhogen van de voedingssnelheid. De inzet van een trappenboor in plaats van drie afzonderlijke boren, vervolgens, leverde per product nog eens 5,8 seconden tijdswinst op.

Voorts bepaalden de ingenieurs vanaf welk moment een tijdelijk inactieve machine best automatisch wordt uitgeschakeld. Ze berekenden dit op basis van energieverbruik, opwarmcyclus en stand-by modus. Ze stelden vast dat dit 'knock-out punt' bij Comau op 40 minuten ligt.

Tot de genomen maatregelen behoorden nog het automatisch uitschakelen van de koelmiddelpomp tijdens de gereedschapswissel en het verminderen van de afstanden die een gereedschap aflegt zonder te verspanen (ook de afstanden die niet horen bij terugtrekken). Voert de verspaner al deze maatregelen door, dan kan dit 18% energiebesparing opleveren. Bij Comau komt dat neer op 5.200 euro per jaar voor de machine.

Bij 'C-MEC'
Bij metaalbewerker C-MEC zagen de onderzoekers onder meer potentieel in het wijzigen van de terugtrekafstand. «Die was vrij groot, om veiligheidsredenen», legt Loenders uit. «We kwamen evenwel tot de conclusie dat de veiligheid ook gegarandeerd was als we deze sterk verminderden. Dit leidde tot minder tijdsverlies, en dus minder energieverbruik.» Ook werden, onder meer, de snijcondities geoptimaliseerd: snijsnelheid, voeding en snedediepte-instelling.

Bij 'KMO actief in de machine-bouw'
Bij een (anonieme) KMO actief in de machinebouw, bleek dat uit de persluchtleidingen 0,35 m³ lucht per minuut lekte. Daardoor moest de compressor harder draaien. De lekken dichten, leidde tot een besparing van 6.000 euro per jaar. Ook zijn oude venturiblaaspistolen er vervangen door nieuwe. «Ze spuiten hetzelfde volume lucht, maar verbruiken minder», stelt Loenders.

Bij producent van kunststof onderdelen
Voor een producent van kunststof onderdelen maakte het Eco2-Cut-team berekeningen die aantoonden dat de piekbelastingen een nefaste invloed hadden op de distributiekosten. «Deze staan in voor één derde van de energiefactuur»,verduidelijkt Loenders.

Het 's nachts in plaats van overdag plannen van het werk aan de galvanisatielijn, had niet alleen tot gevolg dat elektriciteit kon worden gekocht aan nachttarief, maar ook dat de opvallende hoge piek een stuk lager werd, en dus de distributiekosten lager. Uiteindelijk resultaat was een 15% lagere energiekost.

Onderzoeks-resultaten
Binnen Eco2-Cut zijn ook diverse opmerkelijke, collectieve onderzoeksresultaten bekomen. Zo bleek dat het níet zo is dat een dalend energieverbruik (door een hogere verspaningssnelheid) automatisch leidt tot lagere oppervlaktekwaliteit.

Er blijkt namelijk een snelheid te zijn (vast te stellen per machine) waarbij een minimum aan energie wordt verbruikt; de snelheid verder verhogen leidt tot méér energieverbruik, maar desondanks tot lagere oppervlaktekwaliteit.
«Anderzijds is het zo dat de levensduur van gereedschap lager ligt bij verhoogd toerental.

Dat zou het onderwerp kunnen uitmaken van een vervolgonderzoek», stelt Loenders. Onder meer bleek ook dat het energieverbruik van het frezen van bijvoorbeeld rechthoekige pockets afhankelijk is van de gekozen freesstrategie: spiraal, zigzag, trochoïdaal, ...

Tenslotte wijst Loenders erop dat oudere verspaningsmachines vaak minder energiezuinig functioneren dan de nieuwste modellen; gereedschapsbaanoptimalisatiesoftware, zoals NC speed, echter, «zal de voeding en snijsnelheid aanpassen, zodat een constant vermogensprofiel ontstaat.

Ja, maar...
Jef Loenders stelt vast dat heel wat bedrijven terughoudend zijn om voorgestelde wijzigingen door te voeren. «De tegenargumenten zijn divers», stelt hij. «Zo krijg ik wel eens te horen dat zich opstartproblemen kunnen voordoen als machines volledig worden uitgeschakeld.

De oplossing, antwoord ik dan, bestaat erin uit te zoeken waaraan dat ligt, en dat op te lossen. Anderen melden dat de machine zich een tijdje 'moet zetten' voor die naar behoren functioneert. In dat geval is de oplossing een timer of plc in te zetten, zodat de machine automatisch aanschakelt, bijvoorbeeld een uur voor de arbeiders ter plaatse zijn.

Nog anderen vrezen bevuiling van de encoders door oliemist; dan moeten ze vaker worden vervangen. Daartegenover plaats ik het feit dat de kost om ze vaker te vervangen veel lager is dan de energie die wordt bespaard door de machine op strategische momenten uit te schakelen.»

Wel geeft Loenders mee dat de Eco2-Cut maatregelen er zijn die een bedrijf best neemt als het al een tijdje bezig is met energiereductie. «Best plukken ze eerst het 'laaghangend fruit': de meer courante ingrepen op bedrijfsniveau, namelijk op vlak van ventilatie, verwarming, verlichting, sensoren voor de waterkranen, enzovoorts.

Wie daar ver in staat, doet er goed aan over te stappen op Eco2-Cut gerelateerde maatregelen om naast de 15% bereikte energie-reductie de volgende 5% te behalen», besluit hij.


(foto's: Eco2-Cut, Agie Charmilles)
door Koen Vandepopuliere, Engineeringnet