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ViReBa

Ent­wick­lung eines Vibrationsreinigungsverfahrens für die in­dus­tri­el­le, ressourcenschonende Bauteilreinigung

Problemstellung

Für In­dus­trie­un­ter­neh­men hat die in­dus­tri­el­le Bauteilreinigung eine wichtige Funktion zur Sicherstellung der Produktqualität.Durch kapitalintensive und zumeist zentral im Werk positionierte Großwaschanlagen wer­den spangebend bearbeitete Halbzeuge von Spänen, Öl- und Kühlschmierstoffrückständen befreit. Diese Anlagen sind in den meisten Fällen auf einen Batchbetrieb ausgelegt, so dass hohe Materialbestände gebunden wer­den und kleine Losgrößen nur schwer zu erreichen sind. Zudem erfordert die herkömmliche Reinigung der Werkstücke von Ölen, Kühlschmierstoffen, Spänen und sonstigen Verunreinigungen sowohl per Nassreinigung als auch durch eine spezielle Blas-Saug-Tech­nik sehr viel Energie, Wasser und Platzbedarf.

modular aufgebaute Vibrationsreinigungsanlage © IPS​/​TU Dort­mund
modular aufgebaute Vibrationsreinigungsanlage

Das neuartige Ver­fah­ren der Vibrationsreinigung, welches durch die vibro-tec GmbH aus Unna ent­wi­ckelt und von ihrem Gründer Dipl.-Ing. Klaus Döhrer patentiert wurde, stellt eine energieeffiziente und ressourcenschonende Alternative zu den oben beschriebenen konventionellen Ver­fah­ren der Bauteilreinigung dar. Bei der Vibrationsreinigung handelt es sich um ein für die dezentrale Einzelteilreinigung geeignetes Trockenreinigungsverfahren, welches mit Hilfe von Schwing­ung­en die Adhäsionskraft, also die Anhaftung von Ölen, Emulsionen und anderen Verunreinigungen, überwindet. Durch energiearme Vibrationen wer­den Verschmutzungen von der Oberfläche des Werkstücks gelöst und kön­nen so problemlos abgesaugt wer­den. Das entfernte Medium wird in seiner Qua­li­tät nicht be­ein­flusst, so dass es direkt in den Betriebsmittelkreislauf zurückgeführt wer­den kann. Dies senkt die Kosten für den Medieneinsatz, die nachträgliche Entsorgung und schont zudem die Umwelt.

Zielsetzung

Im Rah­men des Förderprogramms KMU-innovativ: Ressourcen- und Energieeffizienz soll die Vibrationsreinigungstechnologie für ihren Ein­satz in der in­dus­tri­el­len Serienfertigung weiterentwickelt wer­den. Hierbei steht sowohl die serientaugliche Ent­wick­lung der Reinigungstechnologie als auch deren In­te­gra­ti­on in schlanke Fertigungslinien à la Toyota im Mit­tel­punkt.

Um dieses Ziel zu erreichen, wer­den zwei Schwer­punkte bearbeitet, welche für einen Markterfolg als sehr bedeutend angesehen wer­den:

  • Entwickeln und Testen konstruktiver Lösungsmöglichkeiten zur Erweiterung des zu reinigenden Produktspektrums, die Ver­bes­se­rung der Reinigungsqualität durch Simulationsunterstützung und die Optimierung der aus ei­nem erweiterten Produktspektrum resultierenden Rüstvorgänge.
  • Entwickeln und Testen von potenziellen Handhabungs- und Fördersystemen, um eine verbesserte Integrierbarkeit des Vibrationsreinigungsprozesses in ein bestehendes Arbeitssystem zu gewährleisten.

Um Fachwissen zu bündeln und Synergieeffekte zu nut­zen, haben sich die Un­ter­neh­men vibro-tec GmbH und Neuhäuser Magnet- und Fördertechnik GmbH mit dem Lehrstuhl für Ar­beits- und Pro­duk­tions­sys­te­me und dem Fachgebiet Maschinen­ele­mente der Technischen Uni­ver­si­tät Dort­mund zu ei­nem Konsortium zu­sam­men­ge­schlos­sen, dass das Projekt in intensiver Zu­sam­men­arbeit bearbeitet.

Vorgehensweise

Als Grundlage für die nachfolgenden Untersuchungen wer­den zu­nächst typische Anwendungsfelder der Vibrationsreinigung er­mit­telt und deren Rah­men­be­ding­ung­en analysiert. Hierbei wird im Besonderen auf die alternative Prozessgestaltung bei der Vor-, Zwischen- und Endreinigung von Bauteilen eingegangen, da die Vibrationsreinigung technologisch und konstruktiv grundsätzlich unterschiedliche Prozessabläufe erlaubt. Von assoziierten Partnern wer­den real existierende Einsatzszenarien für not­wen­dige Reinigungsfälle zur Ver­fü­gung gestellt, um praxisnahe Er­geb­nisse zu er­hal­ten und diese an realen Systemen validieren zu kön­nen.

Das Produktspektrum wird für den Rah­men des Vorhabens auf rotationssymmetrische bzw. annähernd rotationssymmetrische Bauteile sowie komplexe abgegrenzt, da sich ein Großteil des zu reinigenden Bauteilspektrums aus diesen Typen zusammensetzt.

Die Schwingungserzeuger und die Spannwerkzeuge sollen mit Mitteln der Konstruktionssystematik weiterentwickelt wer­den. Ziel ist es, Werkzeuge zu entwickeln, die Werkstücke möglichst kleinflächig zu greifen und mehrere ähnliche Werkstücke spannen kön­nen. Desweiteren sollen Schnittstellen zum Schwingungserzeugen geschaffen wer­den, die einen schnellen und unkomplizierten Wechsel er­lau­ben. Dieses soll durch ein modularisiertes Saugbacken-System realisiert wer­den, so dass nicht mehr komplette Saubackensätze ausgewechselt wer­den müssen, sondern nur noch einzelne Saugelemente aus­ge­tauscht wer­den.

Für eine Ent­wick­lung von optimierten Saugwerkzeuge und Spritzdüsen für das Reinigungsmittel sowie von Spannwerkzeuge, die das Werkstück in ent­spre­chende Schwing­ung­en versetzen kön­nen, wird die Vibrationsreinigung mit ihren struktur- und strömungsdynamischen Randbedingungen simulationstechnisch abgebildet. Hierbei handelt es sich um ein sogenanntes FSI-Problem (Fluid-Structure Interaction), bei dem zum Einen die Schwingungsübertragung und zum Anderen die Strömung des Luftstromes oder des Reinigungsmediums zu be­trach­ten ist.

Struktur- und Strömungssimulation des Saugstroms © IPS​/​TU Dort­mund
Struktur- und Strömungssimulation des Saugstroms
Wertstrom der Bauteilreinigung © IPS​/​TU Dort­mund
Wertstrom der Bauteilreinigung

Um die Simulationsergebnisse zu verifizieren und prototypisch umzusetzen, soll eine Versuchsmaschine aufgebaut wer­den, mit deren Hilfe die entsprechenden Tests durch­ge­führt wer­den kön­nen.

Um die aus dem modularen Aufbau resultierenden Vorteile der modifizierten und optimierten Vibrationsreinigungsanlage für eine lückenlose In­te­gra­ti­on in be­ste­hen­de Fertigungskonzepte ausschöpfen zu kön­nen, sollen Handhabungskonzepte für die Bauteilbeschickung und nachfolgende Weiterleitung zur nächsten Bearbeitungsstation ent­wi­ckelt wer­den. Als beispielhafte Anwen­dungs­mög­lich­kei­ten soll auf die erarbeiteten Einsatzszenarien aus der Industrie zurückgegriffen wer­den. Je nach in­dus­tri­el­len Randbedingungen ergeben sich unterschiedliche Ansätze einer Handhabungstechnik mit unterschiedlichem Automatisierungsgrad.

Da das bisherige Ver­fah­ren der Vibrationsreinigung für einen anzustrebenden One Piece Flow prädestiniert ist, müssen ent­spre­chende Handhabungssysteme und Fördersysteme an eine Einzelstückhandhabung angepasst wer­den.

Ver­öf­fent­lichun­gen

  • Krebs, M.; Oeken, N.: Schlussbericht: Ent­wick­lung eines Vibrationsreinigungsverfahrens für die in­dus­tri­el­le, ressourcenschonende Bauteilreinigung (ViReBa), Herausgegeben von Jochen Deuse, (Lehrstuhl für Ar­beits- und Pro­duk­tions­sys­te­me) und Bernd Künne (Fachgebiet Maschinen­ele­mente), Technische Uni­ver­si­tät Dort­mund. Dort­mund, Januar 2011
  • Krebs, M.; Deuse, J.:Parts cleaning in the value stream. In: Proceedings of 3rd International Conference on Changeable, Agile, Reconfigurable and Virtual Production (CARV 2009), 5.-7.10.2009, München, S. 800-809.
  • Krebs, M.; Deuse, J.: Resource efficient and economic parts cleaning – Requirements oriented cleaning saves resources, energy and money, In: Proceedings of International Conference on Competitive Manufacturing (COMA ´10), 03.-05.02.2010, Stellenbosch, South Africa, S. 165-170.
  • Krebs, M.; Schmitz, L.; Deuse, J.: Sustainable cleaning of parts. In: Quaderni della XIV Summer School "Francesco Turco" Impianti Industriali Meccanici: "Sustainable Development: The Role of Industrial Engineering", 15.-19.9.2009, Port Giardino, Italy, S. IV.139-IV.145.
  • Krebs, M.; Richard, T.; Doehrer, K.: Wei­ter­ent­wick­lung der Vibrationsreinigung - Flexibel und sicher für Inline-Prozesse, JOT - Journal für Oberflächentechnik (2009) 5, S. 56-57.
  • Deuse, J.; Doehrer, K.; Droste, M.: Enviromental and Economic Benefits of Vibration Cleaning, Proceedings of the 15th CIRP International Conference on Life Cycle Engineering. Sydney, 17.-19. März 2008, S. 634-639.
  • Deuse, J.; Krebs, M.; Droste, M.; Doehrer, K.: Bauteilreinigung im Wertstrom, ZWF - Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb 103 (2008) 9, S. 598-601.

Forschungs- und Entwicklungspartner

Fachgebiet Maschinen­ele­mente (ME), Technische Uni­ver­si­tät Dort­mund

vibro-tec GmbH, Unna (KMU)

Neuhäuser Magnet- und Fördertechnik GmbH, Lünen (KMU)

Förderhinweis

Dieses Forschungs- und Entwicklungsprojekt wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und For­schung (BMBF) innerhalb des Förderprogramms "KMU-innovativ: Ressourcen- und Energieeffizienz“ (Förderkennzeichen 0330862B) ge­för­dert und vom Projektträger in der For­schungs­zen­trum Jülich GmbH (PtJ) betreut.

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Anfahrt & Lageplan

Der Campus der Technischen Uni­ver­si­tät Dort­mund liegt in der Nähe des Autobahnkreuzes Dort­mund West, wo die Sauerlandlinie A45 den Ruhrschnellweg B1/A40 kreuzt. Die Abfahrt Dort­mund-Eichlinghofen auf der A45 führt zum Campus Süd, die Abfahrt Dort­mund-Dorstfeld auf der A40 zum Campus-Nord. An beiden Ausfahrten ist die Uni­ver­si­tät ausgeschildert.

Direkt auf dem Campus Nord befindet sich die S-Bahn-Station „Dort­mund Uni­ver­si­tät“. Von dort fährt die S-Bahn-Linie S1 im 20- oder 30-Minuten-Takt zum Hauptbahnhof Dort­mund und in der Gegenrichtung zum Hauptbahnhof Düsseldorf über Bochum, Essen und Duisburg. Außerdem ist die Uni­ver­si­tät mit den Buslinien 445, 447 und 462 zu erreichen. Eine Fahrplanauskunft findet sich auf der Homepage des Verkehrsverbundes Rhein-Ruhr, außerdem bieten die DSW21 einen interaktiven Liniennetzplan an.
 

Zu den Wahrzeichen der TU Dort­mund gehört die H-Bahn. Linie 1 verkehrt im 10-Minuten-Takt zwischen Dort­mund Eichlinghofen und dem Technologiezentrum über Campus Süd und Dort­mund Uni­ver­si­tät S, Linie 2 pendelt im 5-Minuten-Takt zwischen Campus Nord und Campus Süd. Diese Strecke legt sie in zwei Minuten zurück.

Vom Flughafen Dort­mund aus gelangt man mit dem AirportExpress innerhalb von gut 20 Minuten zum Dort­mun­der Hauptbahnhof und von dort mit der S-Bahn zur Uni­ver­si­tät. Ein größeres Angebot an inter­natio­nalen Flugverbindungen bietet der etwa 60 Ki­lo­me­ter entfernte Flughafen Düsseldorf, der direkt mit der S-Bahn vom Bahnhof der Uni­ver­si­tät zu erreichen ist.

Die Ein­rich­tun­gen der Technischen Uni­ver­si­tät Dort­mund verteilen sich auf den größeren Campus Nord und den kleineren Campus Süd. Zudem befinden sich einige Bereiche der Hoch­schu­le im angrenzenden Technologiepark. Genauere In­for­ma­ti­onen kön­nen Sie den Lageplänen entnehmen.

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