Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPTForschungsprojekt »ReWiProAWS«
Bei der Materialbearbeitung mit dem Abrasiv-Wasserstrahl (AWS) werden überwiegend mineralische Stoffe wie Granatsand als Strahlmittel eingesetzt. Rund 300.000 Tonnen Granatsand werden jährlich über weite Strecken nach Europa importiert und als Wegwerfprodukt genutzt.
Die Folge ist, dass Grantsand als natürliche Ressource immer knapper wird, was bereits zu ersten Versorungsengpässen und steigenden Marktpreisen geführt hat. Zurzeit fehlt es jedoch einerseits an gleichwertigen Alternativen zum Granatsand und andererseits an effektiven Verfahren zum Recycling der Strahlmittel. Diese Lücken schließt das Forschungsprojekt »ReWiProAWS – Ressourcenschonende und wirtschaftliche Produktion durch Abrasiv-Wasserstrahltechnologie«.
Alternative Strahlmittel und Verfahren zur Wiederverwertung reduzieren Bedarf an Granatsand-Importen um 50 Prozent
Im Forschungsprojekt »ReWiProAWS« entwickelte das Projektteam Methoden und Technologien, um die Materialnutzung im Strahlprozess effizienter zu gestalten. Dazu fertigte das Team ein System zur Wiederverwendung von Strahlmitteln und zur Abwasseraufbereitung. Darüber hinaus untersuchten sie in einer aufwändigen Studie Alternativen zu mineralischen Strahlmitteln wie Granatsand. Das Forschungsteam kam zu dem Ergebnis, dass mit den im Projekt entwickelten Maßnahmen der Gesamtbedarf an importiertem Granatsand um ca. 50 Prozent reduziert werden kann.
Leistungsverzeichnis für alternative, umweltschonende Strahmittel
In der ersten Projektphase erstellte das Team ein umfassendes Leistungsverzeichnis für alternative Strahlmittel und deren Einsatzmöglichkeiten. Dabei ersetzte das Team aber nicht einfach ein mineralisches Material durch ein anderes; vielmehr legte das Team Wert darauf, den Rohstoffverbrauch durch den Einsatz von Abfallprodukten aus anderen Branchen, etwa Glasbruch, Kies oder Nebenprodukte aus der Metallerzeugung, zu minimieren.
Das Team analysierte die Verschleißmechanismen verschiedener infrage kommender Strahlmittel sowie die Faktoren, die ihre Leistungsfähigkeit während der Bauteilbearbeitung beeinflussen. Auf Basis dieser Analysen definierten die Forscherinnen und Forscher die Einsatzmöglichkeiten der Strahlmittel. Das Team analysierte darüber hinaus die Eigenschaften zahlreicher industriell gängiger Werkstoffe, da die Materialeigenschaften einen großen Einfluss auf das Bearbeitungsergebnis sowie die anfallenden Abwasser- und Aufbereitungsprodukte haben. Die im Leistungsverzeichnis erfassten Materialien reichen von unterschiedlichen Metalllegierungen bis hin zu Sonder- und Verbundwerkstoffen.
Filtersystem für Strahlmitteln und effiziente Abwasseraufbereitung
Im zweiten Projektabschnitt befasste sich das Projektteam mit dem Thema »Kreislaufführung«. Die Forscherinnen und Forscher verfassten dazu einerseits eine Machbarkeitsstudie zur wirtschaftlichen Umsetzbarkeit einer Kreislaufführung bei der AWS-Fertigung und fertigten andererseits zwei Komponenten für eine modulare Aufbereitungsanlage als Add-on für existierende Wasserstrahlmaschinen.
In der Machbarkeitsstudie untersuchten sie, inwiefern sich eine Kreislaufführung bei der AWS-Fertigung realisieren lässt und wie wirtschaftlich diese derzeit ist. Das Team konnte nachweisen, dass es technisch machbar ist, Strahlmittel und Abwasser in einem Kreislauf komplett wiederzuverwenden. Allerdings sei besonders die Kreislaufführung des Abwassers momentan noch zu aufwändig, um wirtschaftlich zu sein.
Im Verbund stellte das Team ein Filtersystem zum Recycling von Strahlmitteln sowie ein Abwasseraufbereitungssystem her. Das Filtersystem siebt gebrauchtes Strahlmittel effizient aus dem Abwasser und bereitet es für die erneute Verwendung auf. Ist das Strahlmittel nach einigen Anwendungen zu stark verschlissen für einen erneuten Einsatz, wird es aus dem Kreislauf entfernt und kann anschließend anderweitig verwendet werden, beispielsweise als Füllmittel bei der Betonproduktion. Das Filtersystem lässt sich mit dem ebenfalls im Rahmen des Projekts entwickelten System zur chemischen Abwasseraufbereitung verknüpfen, das eine Wiederverwendung des Abwassers ermöglicht.
Die Infrastruktur für die Abwasseraufbereitung entwickelte das Team unter Einhaltung der strengen EU-Richtlinien zur Einleitung von Abwässern in die Kanalisation. Beide Komponenten testete das Team erfolgreich unter industrienahen Bedingungen bei einem der Projektpartner.
Ressourcenschonung und Kostenersparnis für eine nachhaltige Produktion
Die Anwendung der Projektergebnisse, das konnte das Projektteam nachweisen, führt zu einer deutlichen Reduktion des Ressourcenverbrauchs im praktischen Betrieb der Wasserstrahltechnologie. Das im Rahmen des Projekts erarbeitete Konzept lässt sich auch auf andere Verfahren übertragen, etwa auf die Schleifbearbeitung.
Projektpartner
- H.G. Ridder Automatisierungs-GmbH, Hamm (Koordination)
- Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT, Aachen
- OKO-tech GmbH & Co. KG, Hessisch Oldendorf
- Kuhmichel Recycling GmbH, Ballenstedt
Förderung
Das Forschungsprojekt wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Förderprogramms »KMU-innovativ Produktionsforschung« gefördert.
Projektträger: Projektträger Karlsruhe (PTKA)
