26.10.2023 Effizienter schmieren: Kolbenpumpen gegen Dispenser getauscht

Service- und Wartungsaufwände sind nicht nur in hochperformanten Prozessen eine entscheidende Stellschraube, über die sich die Total Costs of Ownership einer Fertigungsanlage reduzieren lassen. Vor diesem Hintergrund fragte die US-amerikanische Niederlassung eines deutschen Automobilzulieferers jüngst bei preeflow an. Das Unternehmen setzt in seinem Prozess für das Schmieren der Komponenten ein Extremdruck-Schmiermittel ein, das vor Korrosion und Festfressen schützt. Zugeführt werden pro Schmierung je 100 mg Schmiermittel direkt aus einem Spender und unter Zuhilfenahme von Kolbenpumpen. Der eigentliche Dosiervorgang dauert 1,4 s. Auf die anschließende 4s-Pause folgt dann bereits der nächste Vorgang mit weiteren 100 mg zu dosierendem Schmiermittel. So ergibt sich eine tägliche Laufzeit von ca. 21,75 h an Wochentagen und je von elf Stunden für Samstag und Sonntag mit einer verkürzten Betriebsdauer. 

Vor der Dosierung muss der Betriebsdruck von 40 bar heruntergeregelt werden, was als neuralgische Stelle im Prozess verifiziert wurde. Hier kommt es – bedingt durch die Trennung von Öl und Partikeln – zu Agglomerationen. Das wegen seiner hohen Partikeldickte ohnehin schon extrem abrasive Schmiermittel bringt damit neben hohem Verschleißpotenzial auch Verstopfungen der Spender mit sich. Diese beiden Faktoren bedingen den Komplettaustausch aller Ventile im 4-Wochen-Turnus. Pro Ventil fallen Kosten von ca. 1.000 $ an. Hochgerechnet ergeben sich bei 30 parallellaufenden Anlagen daraus 360.000 $ pro Geschäftsjahr. Diese unverhältnismäßig hohen Kosten wollte das Unternehmen reduzieren und sah in der technischen Modifikation der Dosieranlage Potenzial.

Das preeflow Team wurde mit einer Versuchsreihe beauftragt, um zu evaluieren, ob über eine Laufzeit von 30 Tagen etwa 228.000 bis 230.000 Dosierzyklen realisiert werden können. Die Vorgabe: Mengenabweichungen sind nur innerhalb min./max. 50 mg zulässig. Zudem waren konkrete Aussagen und Bildnachweise zu den Auswirkungen des abrasiven Schmiermittels auf die preeflow Komponenten verabredet. Getestet wurde mit drei eco-PEN600 mit DC-beschichteten Rotoren + VisLas und unter Einsatz zweier eco-Control EC200 2.0. Um Motordaten aufzeichnen und exportieren zu können, wurde die Software erweitert. Zudem kam der flowplus-MONITOR QC zum Einsatz.

Zur Viskosität des zu testenden Produkts „Regular Grade Anti-Seize & Lubricating Compound“ waren keine Daten verfügbar. Details zum genutzten Öl und zu den Füllstoffen Graphit, Kupferflocken, Aluminiumpulver und Zinkoxid lagen vor Versuchsbeginn vor. Der Versuch erfolgte auf Testaufbauten, die in T-Form angeordnet waren. Vorab wurde das Testmaterial umgefüllt, da die Anlieferung in deformierten Behältern erfolgte. Die in T-Form platzierten Dispenser wurden analog zu ihrer Anordnung "links" und "rechts" an entsprechende Steuergeräte angeschlossen und liefen im 2N-Modus (Synchronisationsmodus). Der mittlere Dispenser war mit einem Steuergerät verbunden, das im Standard-Modus (1K) betrieben wurde. Alle drei Dispenser waren zentral mit dem MT-XS verbunden. Kalibriert wurde auf eine angenommene Dichte von 1,24 g/cm³. Die durchschnittliche Ausgangsmenge der ersten zehn Dosierschüsse nach Kalibrierung betrugen links und mittig je 0,100 g und im rechten Dispenser 0,099 g. Dosiert wurde nach Menge und mit einer definierten Geschwindigkeit von 3,750 g/min, was einer Dispensierzeit von 1,6 s. entsprach. Die Pause zwischen den Shots betrug 0,4 s.

Nach 230.000 Shots haben sich die Innendurchmesser der Dispenser trotz der abrasiven Eigenschaften der Testsubstanz kaum messbar verändert. Der linke Dispenser nimmt jetzt statt 0,100 g mit 0,107 g unwesentlich mehr Material auf, der mittlere 0,103 g statt 0,100 g und der rechte statt anfangs 0,099 g jetzt 0,108 g. Aus diesen geringen Differenzen lässt sich ableiten, dass das abrasive Medium selbst bei einer sehr großen Anzahl an Einzelshots nur unwesentlichen Einfluss auf die Materialqualität hat.

Der Versuch wurde aus Forschungsgründen nach Erreichen der Kundenvorgabe (230.000 Dosiershots) weitergeführt. Davon versprach sich das Team konkrete Zahlen zur Dauer der Versuchsreihe bis zum Totalversagen des Systems. Wann treten Undichtigkeiten auf? Wann fällt der Dosierdruck? Fragen wie diese blieben selbst nach 1.000.0000 Dosiershots unbeantwortet, da keine signifikanten Änderungen messbar waren (Bild). Selbst der sichtbare Verschleiß durch das abrasive Hochdruckschmiermittel hielt sich in Grenzen (links jetzt 0,106; mittig 0,114 und rechts 0,106). Die abschließende Sichtkontrolle zeigte zudem, dass alle Rotoren in hervorragendem Zustand sind. Die Statoren zeigen lediglich den erwartbaren Abrieb, der aber mit durchschnittlichen 3% (Außendurchmesser) bzw. 8% immer noch nicht wesentlich vom Original abweicht.

Mit diesen Werten konnte der Beweis geführt werden, dass die kundenseitig geforderte Menge von 230.000 Dosierschüssen um ein Vielfaches überschritten werden kann und selbst dann unter Laborbedingungen noch keine Ausfallerscheinungen messbar sind. 

Der Wechsel von Kolbenpumpen zum eco-PEN600 bietet damit nicht nur nachweisbare Einsparungen, da die lange Dosierdauer einen vierwöchentlichen Pumpenwechsel obsolet macht. Im Langzeiteinsatz reduzieren sich beim eco-PEN600 die Wartungskosten noch einmal, da nachgewiesen werden konnte, dass die DC-beschichteten Rotoren verschleißfrei arbeiten und die Abweichungen der Dosiermengen beim Einzelschuss aufgrund ihrer niedrigen Werte zu vernachlässigen sind (max. plus → 18,9 mg / max. minus → 7,3 mg). Der gesamte Versuch zeigte – beginnend beim Dispenser – keine Undichtigkeiten. Weder dort noch an Rohrleitungen und Armaturen konnten ölhaltige Substanzen verifiziert werden. Qualitätsmängel durch Viskositätsunterschiede waren ebenfalls nicht nachweisbar. Es kann davon ausgegangen werden, dass durch ein Nachkalibrieren die erreichte Zahl von 1.000.000 Dosiershots mit vergleichbarer Qualität und ohne Materialermüdung erhöht werden kann.