Energieeffizienter reinigen

Im Zuge steigender Strom-, Öl- und Gaspreise hat die Energieeffizienz in der Bauteilreinigung an Brisanz gewonnen. Möglichkeiten, den Energieverbrauch zu verringern, lassen sich sowohl bei bestehenden als auch neu zu beschaffenden Reinigungsanlagen umsetzen.

Eine Verringerung des Energieverbrauchs und damit verbunden des CO₂-Fußabdrucks ist seit längerem ein Thema. Nicht zuletzt weil bei der Bewertung von Unternehmen durch Banken der Aspekt, wie gut sie aufgestellt sind, um Klimaschutzziele zu erreichen, eine zunehmend wichtigere Rolle spielt. Durch die in den letzten Monaten enorm gestiegenen Energiepreise und die ungewisse Versorgungslage mit fossilen Brennstoffen ist Energiesparen jedoch 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.

Teilereinigung nicht isoliert betrachten

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 zehn bis 15 Minuten 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, sauberen Bearbeitungsmedium sein. Neben der verbesserten Energieeffizienz ermöglicht dieses Vorgehen, einen gewissen Qualitätslevel zu halten und zu sichern. Gleichzeitig reduziert sich durch die verringerte Schmutzfracht der energetische Aufwand für die Medienaufbereitung.

Anlagentechnische Optimierungsmöglichkeiten

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, bis zu 20 Prozent Energie einsparen – bezogen auf den prozessspezifischen Energiebedarf der Maschine.

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.

Trocknung – der energieintensivste Prozessschritt

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 Prozent und mehr erzielbar. Sie können als Standalone-Trocknungsanlage oder integriert in die Arbeitskammer der Reinigungsanlage umgesetzt werden.

Das richtige Reinigungsbehältnis reduziert den Energieverbrauch

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.

Trockene Reinigung – als Alternative, Energie zu sparen

Ausgehend von den Bauteilen, der geforderten technischen Sauberkeit und den Möglichkeiten, die Eingangsverschmutzung durch eine Optimierung der Vorprozesse zu verringern, stellt sich in vielen Fällen die Frage, ist eine nasschemische Reinigung erforderlich oder lassen sich die Anforderungen mit alternativen, trockenen Reinigungsverfahren, unter anderem Plasma-, Laser-, CO₂-Schneestrahl- oder Dampfreinigung erzielen. Bei Anwendungen, die für beispielsweise einen Klebe-, Dicht-, Beschichtungs- oder Montageprozess, 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, beispielsweise 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.  

Autor: Doris Schulz

Deutsche Messe - parts2clean
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