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Der Einfluss der Schmierstoffe auf die Kosten

Der Einfluss der Schmierstoffe auf die Kosten

Eine erfolgreiche Hochdruckumformungsoperation ist abhängig vom ununterbrochenen Materialfluss durch alle Stationen, die den Prozess umfassen
Die richtige Schmierstoffauswahl kann, gemeinsam mit einer entsprechenden Ausrüstung zur Schmierstoffkontrolle, einen bedeutenden Einfluss auf die Kosten und die Rentabilität des Umformungsprozesses haben.

Gegenseitige Beeinflussung der Schmierstoffe

Schmierstoffe, die zum Rohr biegen eingesetzt werden, Schmierstoffe für die externe Schmierung der zu verformenden Teile und das Druckmedium haben den größten Einfluss auf die Effizienz und die Kosten des Prozesses.

Schmierstoffe verursachen Kosten nicht, nur bezogen auf ihre Leistung und ihren Verbrauch in den einzelnen Prozessschritten. Auch die Wechselwirkung der Schmierstoffe untereinander kann einen ungünstigen Einfluss auf die Gesamtleistung des Systems haben.
Z.B. kann der zum Rohrbiegen eingesetzte Schmierstoff die Haftfähigkeit des externen Schmierstoffes beeinträchtigen. Dieses kann zu Ausschussteilen führen. Schmierstoffrückstände, die zwischen den einzelnen Prozessschritten nicht abgewaschen werden, können nachfolgende Operationen, wie das Laserschneiden, negativ beeinflussen.
Während der Hochdruckumformung wird die Leistung des internen Schmierstoffes durch die Kontamination mit externem Schmierstoff und Rohrbiegemedium beeinflusst. Der Grad der Verschmutzung und der Einfluss auf die Systemleistung ist abhängig von der Menge und der Art des Schmierstoffes, der in den einzelnen Teiloperationen eingesetzt wird.

Kostenstellenbeeinflussung

Aufgrund der unterschiedlichen, physikalischen und chemischen Beschaffenheit der einzelnen Schmierstoffe werden die Kosten auf unterschiedliche Kostenstellen, wie z.B. die der Arbeitsvorbereitung, die der Wartung und Instandhaltung aber auch die Kostenstellen der Produktion verteilt.

Bei der Festlegung aller auf Schmierstoff bezogenen Kosten müssen folgende Punkte betrachtet werden:

Die Kosten des SchmierstoffverbrauchesDer Effekt der Beeinflussung der einzelnen Schmierstoffe untereinander im BetriebssystemDie Geräte für die Applikation der Schmierstoffe, der Filtergeräte und Anlagen zur Schmierstoffkontrolle und Überwachung
Aufgrund der vielen Möglichkeiten und Kostenstellen im Bereich Hochdruckumformung beschränkt sich die Diskussion dieses Vortrags auf den Verbrauch des externen Schmierstoffes und seinen Effekt auf das Produktionssystem bei der Hochdruckumformung von großen Karosserieteilen.

Verbrauchskosten

Verbrauchskosten beim Einsatz von externen Schmierstoffen. Für gewöhnlich werden drei unterschiedliche Arten von externen Schmierstoffen eingesetzt Trockenfilme, Emulsionspasten und Öle. Bei der Applikation jedes dieser Schmierstofftypen besteht der Anspruch an eine optimale Schichtdicke bei minimalem „over spray“.

Kriterien für alle Angaben

Durch Versuche wurde die ideale Schmierstoffmenge die aufgetragen werden sollte, ermittelt. Die Ergebnisse stehen in der unten aufgeführten Tabelle.

Übermäßiges Auftragen von Schmierstoff ist nicht notwendig und steigert die Verbrauchskosten.

Trockenfilm 6 g/m²; 0,05 mm 3 - 4,50 Euro/l
Emulsionspaste 15 g/m²; 0,13 mm 1,10 – 2,30 Euro/l
Mineralölprodukte 15 g/m²; 0,13 mm 1,80 – 3,40 Euro/l

Ein Beispiel für die Produktion von 1.000.000 Rahmen ist in dem unten abgebildeten Diagramm dargestellt. Es zeigt die Produktionsmenge von 2-3 Pressen bei einer Produktionsdauer von 3.360 Stunden im Jahr bei einer Zykluszeit von 30 Sekunden.

Eine 100 %ige Auftrags Effizienz bedeutet, dass die ideale Schmierstoffmenge ohne Verlust auf das Rohr aufgetragen wurde. Geringere Effizienzraten resultieren durch den Überschuss an Schmierstoffmenge im Vergleich zur Idealmenge und dem fehlen einer Wiederaufbereitung.

Diagramm 1:

Kalkulativen Kosten für den Schmierstoffverbrauch

Die kalkulativen Kosten für den Schmierstoffverbrauch variieren mit dem Preis für die einzelnen Schmierstoffe und der Effektivität mit der der Schmierstoff aufgetragen wird.

Die Materialkosten sind für das Trocken-Film-Produkt am höchsten, gefolgt vom Umformöl. Die niedrigsten Materialkosten verursacht die Emulsionspaste.

Wie immer variiert die Effizienz des Auftragens unter Produktionsbedingungen sehr stark. Die Effizienz der Beschichtung hängt von der Komplexibilität der Beschichtungsanlage und den physikalischen Merkmalen der einzelnen Schmierstofftypen ab. Die in Diagramm 2 dargestellten Kalkulationen basieren auf Daten, die während der Produktion ermittelt wurden. Es zeigt sich ein deutlicher Unterschied zu den in Diagram 1 dargestellten Kalkulationen.

Diagramm 2:

Verbrauchskosten

Das Trockenfilm Produkt und die Emulsionspaste wurden von Hand mit einer Luftdrucksprühpistolen aufgetragen. Das Öl wurde mit dem Pinsel aufgetragen. „Spray off“ und „Läufer“ wurden aufgefangen und soweit das Produkt es erlaubte erneut aufgetragen. Als Vergleich stellen die schraffierten Flächen in Diagramm 2 die oben kalkulierten Kosten bei einer Auftragseffizienz von 50 % dar.

Erläuterung des Begriffes Verbrauchskosten

Trockenfilme sind einfach aufzusprühen, da sie eine niedrige Viskosität haben. Geringe Effizienz beim Sprühen führt zu hohen Verbrauchskosten. Eine höhere Effizienz kann nur durch hohe Investitionen bei der Aplikationsausrüstung z.B. durch Einsatz einer elektrostatischen Sprüheinrichtung erreicht werden. Eine Aufbereitung des Schmierstoffes und sein Wiedereinsatz ist aufgrund der kurzen Trocknungszeit nicht praktikabel.

Emulsionspasten sind anspruchsvoll in der Überwachung. Obgleich sie die niedrigsten Materialkosten aufweisen, führt eine Gesamtbetrachtung zu den höchsten Verbrauchskosten. Auch wurde ein übermäßiges Auftragen und Ablaufen der Paste beobachtet. Aufgrund des Wasserverlustes während des Prozesses behindert die eingedickte Paste den Prozess. Bei diesem Produkttyp werden zukünftige Entwicklungen eine Verbesserung der Effizienz bei der Applikation, dem Auffangen und der Wiederaufbereitung bringen. Die Kosten für das Applikations- und Recyclingequipment sind angemessen.

Mineralöl Produkte mit einer geringen Viskosität sind effizient aufzutragen, aufzufangen und zu entfernen. Höher viskose Produkte die bei schwierigeren Anwendungen eingesetzt werden, sind nicht so einfach zu handhaben. Die Anlagenkosten um eine effiziente Applikation und Aufbereitung zu erreichen, sind relativ gering.

Die Effekte bei der gegenseitigen Beeinflussung

Die Effekte bei der gegenseitigen Beeinflussung von Schmierstoff und Betriebssystem. Diagramm 3 zeigt den deutlichen Unterschied bei der Verbrauchsmenge an Schmierstoff in gallons, die von den drei unterschiedlichen, externen Schmierstofftypen benötigt wurde, um 1.000.000 Rahmen herzustellen.

Die Menge an verbrauchtem Schmierstoff und die physikalischen Eigenschaften der einzelnen Produkte bestimmen den Aufwand an Reinigung, Kontaminationen in der Presse und dem Reinigungssystem. Hinzu kommen die Kosten für den Materialeinkauf, Transportkosten und Kosten die sich aus der Handhabung der Gebinde für die einzelnen Schmierstofftypen ergeben.

Diagramm 3:

Unterschied bei der Verbrauchsmenge

Der Aufwand der beim Einsatz eines Schmierstoffes betrieben werden muss, kann ein Merkmal für die Effizienz der Applikation sein, wenn es z.B. tendenziös zu einem übermäßigen Abtropfen des Schmierstoffes vom Rohr kommt oder der der Schmierstoff schlecht zu recyceln ist. Durch übermäßiges Auftragen des externen Schmierstoffes und abwaschen durch internen Schmierstoff beim Spülen kommt es zur Kontamination des Pressensystems. Dieses kann ungünstige Auswirkungen auf das Betriebssystem, die Entsorgungskosten und die Ausfallzeiten während der Systemreinigung haben. Im Idealfall wird ein externer Schmierstoff nicht vom Druckmedium abgewaschen, sondern wird im anschließenden Waschprozess von den Teilen entfernt. Eine zusätzliche Überlegung was die Menge an Belastungen der einzelnen Kostenstellen betrifft ist, dass sowohl das Produkt mit dem Trockenfilm, als auch die Emulsionspaste einen beträchtlichen Anteil an Wasser als Lösemittel enthält. Nur die festen Bestandteile der Schmierstoffe können somit als Kontamination angesehen werden. Die schattierten Bereiche im Diagramm 3 zeigt die Summe der Fremdstoffe aus dem externen Schmierstoff, die in das System während der Hochdruckumformung von Rahmen eingetragen wurden.
Inwiefern diese Fremdstoffe im System bei den unterschiedlichen, externen Schmierstofftypen einen Einfluss auf den übermäßigen Schmierstoffauftrag, die Verwaltung und das Eindringen in das Pressen- und Reinigungssystem haben, ist in Diagramm 4 dargestellt.

Diagramm 4:

Einfluss auf den übermäßigen Schmierstoffauftrag

Kosten der gegenseitigen Beeinflussung

Trockenfilm-Produkte tragen am wenigsten zum Eintrag von Fremdstoffen in das System bei. Rückstände können herausfiltriert werden.

Emulsionspasten tragen zur größten Belastung im Bereich Instandhaltung des Pressensystems bei. Nur ein kleiner Prozentsatz wird in das Reinigungssystem eingetragen. Ölabscheider sind nicht effektiv bei der Entfernung von Rückständen der Paste. Es werden jedoch bereits spezielle Filtrationsmethoden eingesetzt, die neben dem Entfernen von einemulgierte Bestandteile aus dem Druckmedium auch die biologische Stabilität unterstützen.

Mineralölfilme sind, unter der Verwendung herkömmlicher Ölabscheider, einfach aus dem Pressen- und Reinigungssystem zu entfernen. Synthetische Lösungen haben als interne Schmierstoffe gegenüber Emulsionen auf Mineralölbasis den Vorteil, dass sie ein besseres Demulgiervermögen aufweisen was sich bei regelmäßigem Entfernen des aufschwimmenden Öles positiv auf die Biostabilität auswirkt.

Pressensystem Schmierstoffe
Als internes Druckmedium werden vor allem aus Gründen des Rostschutzes synthetische Lösungen oder hoch mineralölhaltige Emulsionen eingesetzt. Aufgrund der höheren Biostabilität und der einfacheren Entfernung von Kontaminationen werden jedoch bevorzugt die synthetischen Lösungen eingesetzt.

"Off side Aplikation" des Trockenfilmes

Es ist unumstritten, dass das Trockenfilmprodukt die größte Leistung bei der Umformung, im Vergleich zu den zwei anderen aufgeführten Produkten, aufweist.
Auch die Beeinflussung des Prozesses durch Kontaminationen dieses Produktes ist nur minimal gegeben.

Das Produkt hat jedoch auch viele Nachteile. So kann ein „In-house“ auftragen bedeuten, dass ein sehr kostspieliges Equipment vorhanden sein muss. Auch Faktoren wie Trocknungszeit, Räumlichkeiten, Labor und andere Kosten bezogen auf die Applikation, die Handhabung von langen Werkstücken und die Trocknung des Filmes spielen bei der Gesamtkostenbetrachtung eine große Rolle.

Eine mögliche Lösung könnte das Beschichten beim Rohrhersteller oder bei einem lokalen Oberflächenbeschichter sein.

Der Hydroformer mag herausfinden, daß die Kosten, um den Trockenfilm intern aufzubringen möglicherweise höher sind als die externe Beschichtung bei einem Lohnunternehmen. Eine andere Feststellung könnte sein, dass die Kosten einen alternativen Schmierstoff einzusetzen möglicherweise höher sind als eine „off-side“ Beschichtung.

Zusammenfassung

Die Gebrauchskosten eines externen Schmierstoffes für die Hochdruckumformung wird weniger vom Preis des Schmierstoffes beeinflusst als von der Effizienz mit der das Produkt aufgetragen wird und den Effekten, die der Schmierstoff auf das operative System ausübt.

Schmierstoffeinsatz bei der Hochdruckumformung sollte als ganzes System gesehen werden und nicht jede einzelne Operation selektiert.
Um bei geringen Kosten und eine hohe Effizienz zu erhalten sollten die Operationen untereinander, das mechanischem Equipment zur Applikation, die Filtration und die Schmierstoffkontrolle aufeinander abgestimmt sein.