Kostenanalyse beim Einsatz von Kühlschmierstoffen

Quelle: Gesellschaft für Tribologie e. V.
Tribologie Fachtagung 1999
Band II: Schmierstoffe und Schmierungstechnik, S. 58/1 bis 58/5
Autor: A. Kiechle, DaimlerChrysler AG, 70322 Stuttgart.

 

1 Einleitung

Die Kosten innerhalb des Produktionsprozesses sind ein bedeutender Faktor der Gesamtkostenkalkulation. Die Anforderungen an die deutsche Wirtschaft in den letzten Jahren haben die Bemühungen, die Produktionskosten zu ermitteln, weiter intensiviert.

Neben den "produktiven" Kosten, d.h., den Kosten, die für den Bezug von z. B. Fertigteilen anfallen, sind heute Berechnungsformeln entwickelt, um die "unproduktiven" Kosten besser überblicken zu können.

2 Kühlschmierstoffkosten-Berechnungsformel

Einer der Ersten, der sich mit den Kosten von Kühlschmierstoffen intensiv auseinandergesetzt hat, war Herr Dr. Mang aus dem Hause Fuchs Mineralölwerke.

Die von Herrn Dr. Mang Anfang der 80er Jahre entwickelte Grundformel wurde in unserem Hause weiterentwickelt, ausgebaut und als EDV-Programm geschrieben (Details siehe Anlage).

3 Berechnungsgrundlagen

Die Berechnung setzt sich zusammen aus Daten für den Ansatz, die Ergänzung und Pflege des Kühlschmierstoffes, für die Entsorgung und optional bezüglich der Investitionskosten sowie des Energieverbrauches.

4 Modellrechnungen

4.1 Standzeitverlängernde Maßnahmen

Auf Basis zweier Bearbeitungssysteme für wassermischbare Kühlschmierstoffe, die in unserem Untertürkheimer Werk in Betrieb sind, wurden Berechnungen vorgenommen, um den

-    Kostenaufwand
-    Kostenvorteil

standzeitverlängernder Maßnahmen zu ermitteln.

Das Füllvermögen der berechneten Systeme liegt bei 150 m³ (Zentralsystem) bzw. bei 5 m³ (Einzelbearbeitungsmaschine).
Alle im Folgenden angegebene Werte beziehen sich auf die Gegebenheiten in unserem Hause.

4.2 Zentralsystem

4.2.1. Nicht gepflegtes System

Ausgangspunkt für die Berechnungen war die (theoretische) Möglichkeit, den Kühlschmierstoff des Zentralsystems weder zu überwachen noch zu pflegen (was aber entsprechend TRGS 611 in der Bundesrepublik Deutschland heutzutage nicht mehr legitim ist).

Hierbei wurde eine Standzeit des Kühlschmierstoffes von 12 Wochen angenommen.

Die Kosten für den Kühlschmierstoff bei dieser Fahrweise würden ca. 315 TDM/Jahr betragen.

4.2.2 Überwachung

Der erste Schritt zur Standzeitverlängerung führt über eine Überwachung. Durch eine exakte Analytik des Kühlschmierstoffes werden Daten erfaßt, die für evtl. notwendig werdende Korrekturen, wie Konzentrationsnachschärfung, Leckölentfernung, Biozidzugabe, notwendig sind.

Die Kosten für eine aufwendige Analytik eines Zentralsystemes wurden mit 20 TDM pro Jahr veranschlagt.

Die daraus resultierende Standzeit wurde mit 20 Wochen angenommen.

Trotz der 20 TDM Überwachungskosten sind die Kosten für den Kühlschmierstoffbetrieb - bedingt durch die Standzeitverlängerung gegenüber dem nicht gepflegten System - um ca.
77 TDM auf 238 TDM/Jahr abgefallen.

4.2.3 Leckölentfernung

Eine weitere, wichtige Maßnahme, die Standzeiten von wassergemischten Kühlschmierstoffen zu verlängern, ist die Entfernung eingetragener Öle, die nicht mehr emulgiert werden können (Lecköle).

In unserem Hause werden hierzu Zentrifugalseparatoren eingesetzt.

Die Vollkosten für die Behandlung eines Kubikmeters Emulsion mit den Zentrifugalseparatoren werden mit 5 DM angesetzt (Wartung, Energie, Abschreibung mit eingerechnet). Im berechneten Zentralsystem lief der Separator durchschnittlich 15 Stunden pro Woche mit einer Durchflußleistung von 5 m³ / h. Die Separatorkosten summieren sich damit auf 21 TDM / Jahr.

Durch weitere Standzeitverlängerung des Kühlschmierstoffes auf 36 Wochen sinken die Betriebskosten um 43 TDM auf 195 TDM / Jahr.

4.2.4 Biozidzugabe

Auch der biostabilste Kühlschmierstoff weist bei längerer Einsatzdauer mikrobiellen Befall auf, was die Standzeit drastisch verkürzen kann. In unserem Hause wird daher der Biozidgehalt der Kühlschmierstoffe sorgfältig überwacht und gesteuert.

Damit werden in den Zentralsystemen - in Kombination mit den vorne genannten Punkten - Standzeiten der wassergemischten Kühlschmierstoffe von einem Jahr möglich.

Biozide sind relativ teuer. Im berechneten System wurden Biozide im Wert von 6,5 TDM benötigt. Die Betriebskosten sinken aber durch die erzielte Standzeitverlängerung weiter auf 179 TDM / Jahr, was einer weiteren Einsparung von 16 TDM entspricht.

4.2.5 Vollentsalztes Wasser

Bei Einsatz von vollentsalztem Wasser zur Ergänzung der Wasserverluste lassen sich Standzeiten der wassergemischten Kühlschmierstoffe von deutlich über einem Jahr erreichen. Die Herstellung von vollentsalztem Wasser mittels Umkehrosmose verdoppelt die Kosten für das eingesetzte Wasser auf ca. 7 DM pro m³.

Bei einer damit erreichbaren minimalen Standzeitverlängerung auf 70 Wochen (möglich sind >100 Wochen) sinken die Kosten für den Kühlschmierstoff auf 166 TDM / Jahr bei einem
Aufwand von 3 TDM / Jahr, was einer weiteren Einsparung von 13 TDM / Jahr entspricht.

4.2.6 Ergebnis

Durch Pflegemaßnahmen bei Zentralsystemen, die mit wassergemischten Kühlschmierstoffen betrieben werden, lassen sich die Kosten für den Betrieb des Kühlschmierstoffes praktisch halbieren. Eine Einsparung von 149 TDM läßt sich bei einem Pflegekostenaufwand von 51 TDM realisieren.

Als Faustformel gilt: ca. 50% der Kühlschmierstoffkosten können eingespart werden, wenn man bereit ist, Pflegekosten in der Größenordnung von 35% des Einsparvolumens zu investieren.

5 Einzelmaschine

Entsprechende Berechnungen wurden an einer 5 m³ - Einzelmaschine durchgeführt. Hier wurde davon ausgegangen, daß

-

ein nicht gepflegtes System 4 Wochen Standzeit aufweist, was jährliche Gesamtkosten von 82 TDM verursachen würde,
- durch Überwachung eine Standzeit von 7 Wochen erreicht werden kann, wodurch die Kosten auf 66 TDM / Jahr sinken,
- durch Separation des eingetragenen Lecköles die Standzeit auf 12 Wochen verlängert wird, was die Jahreskosten auf 55 TDM reduziert,
- Biozidzugabe 16 Wochen Standzeit erreichbar macht, wobei noch Kosten von
52 TDM / Jahr anfallen,
- Wasserergänzung mit vollentsalztem Wasser 20 Wochen Standzeit möglich machen, wodurch die Kühlschmierstoffkosten auf 49 TDM / Jahr abfallen.

Auch bei Einzelsystemen lassen sich durch Pflegemaßnahmen große Einsparungen erreichen. Im obigen Beispiel sinken die jährlichen Betriebskosten von 82 TDM auf 49 TDM, was einer Reduzierung um 40% entspricht. Hierfür aufgewandt werden müssen ca. 7 TDM für Pflegemaßnahmen, entsprechend 21% der Einsparungssumme.

6 Weitere Einsparpotentiale

Um Aussagen über den Einfluß weiterer Parameter bezüglich ihres Einsparpotentiales machen zu können, wurden weitere Modellrechnungen am Beispiel der 150 m³ - Zentralanlage durchgeführt.

6.1 Zentralsystem/Einzelmaschine

Grundsätzlich ist festzuhalten, daß die Kühlschmierstoffkosten - berechnet in DM / (m³ * Jahr) bei größeren Zentralsystemen deutlich niedriger liegen als bei Einzelmaschinen.

Bei den vorne genannten Beispielen betragen die Kosten in Zentralsystemen bei Durchführung aller möglichen Pflegemaßnahmen 1.108 DM / (m³ * Jahr), in der Einzelmaschine
9.835 DM / (m³ * Jahr).

Das heißt, durch Einsatz von Kühlschmierstoffen in Zentralsystemen lassen sich die Kosten für einen Kubikmeter Kühlschmierstoff auf ca. 10% der Kosten eines Kühlschmierstoffes in einer Einzelmaschine drücken. Anders ausgedrückt: 150 m³ Kühlschmierstoff, der in Zentralanlagen jährlich Kosten von 166 TDM verursacht, würden - aufgeteilt in 30 Einzelmaschinen -
1,475 Mio. DM Kosten verursachen.

6.2 Kühlschmierstoffverschleppung

Um den Einfluß der Kühlschmierstoff-Verschleppung auf die Kühlschmierstoffkosten zu ermitteln, wurden Berechnungen angestellt, bei denen die tatsächlichen Kühlschmierstoff- und Wassernachgabemengen während der Standzeit einmal verdoppelt und einmal halbiert wurden.

Als Basiswert wurden - wie bei allen folgenden Berechnungen - die bei Einsatz von Pflegemaßnahmen im 150 m³ System anfallenden Kühlschmierstoffkosten von 166 TDM genommen.

Bei doppelten Verschleppungsverlusten steigen die Kosten um 36 TDM auf 202 TDM / Jahr an, was einer Steigerung von 21,5% entspricht.

Eine Halbierung der Verschleppungsrate - z. B. durch Kühlschmierstoff-Rückgewinnungstechniken - senkt die Kosten um 18 TDM auf 148 TDM / Jahr, was einer Reduzierung von 10,7 % entspricht.

6.3 Biozidverbrauch

Wenn es möglich wäre, den Biozidverbrauch im berechneten System um 50 % zu senken, könnte damit eine jährliche Einsparung von ca. 3 TDM erreicht werden, was einer Kostensenkung von 2 % entspräche.

6.4 3fache Separatorlaufzeit

Bei Systemen mit hohem Fremdöleintrag sind längere Laufzeiten des Zentrifugalseparators erforderlich.

Berechnet wurde eine 3fache Separatorlaufzeit von 45 h / Woche. Die Kosten steigen dadurch um 43 TDM auf 209 TDM / Jahr an, was 25,8 % der Ausgangskosten entspricht.

6.5 Doppelter Preis für vollentsalztes Wasser

Die Kosten für die Erzeugung von vollentsalztem Wasser können - je nach Technik und Gegebenheiten - unterschiedlich hoch sein. Eine Verdopplung der VE-Wasserkosten gegenüber den im Hause DaimlerChrysler Stuttgart geltenden Werten würde die Kühlschmierstoffkosten
um 6 TDM auf 172 TDM / Jahr anheben, entsprechend 3,5 %.

6.6 Energie

Rechnet man die Energiekosten für die Technik (Pumpen usw.) mit realistischen
1,66 Mio. kWh / Jahr mit ein, steigen die Kühlschmierstoffbetriebskosten auf 488 TDM / Jahr an.

Eine Reduzierung der Energiekosten auf 1,5 Mio. kWh / Jahr senkt die Kühlschmierstoffkosten um 31 TDM auf 457 TDM / Jahr.

6.7 Investkosten

Die Investkosten für den Maschinenpark wurden in einer weiteren Modellrechnung mit
20 Mio. DM angenommen.

Rechnet man diese Summe in Kapitalkosten um, ergeben sich 2,75 Mio. DM / Jahr, die zu den Kühlschmierstoff-Betriebskosten hinzugezählt werden müssen.

Eine Reduzierung der Investkosten um 5 % (beispielsweise durch Verhandlungen des Einkaufs oder durch optimale Planung) auf 19 Mio. DM bedeutet eine Minderung der Kapitalkosten um 137.500 DM / Jahr.

7 Fazit

Entscheidend für eine Kostenreduzierung beim Arbeiten mit Kühlschmierstoffen sind 2 Punkte:

a)

die Anwendung von Pflegemaßnahmen,
b) eine Reduzierung der Investkosten,

Aus oben aufgeführter Modellrechnung ist ersichtlich, daß eine Reduzierung der Investkosten von
5 % in etwa das gleiche Einsparpotential birgt wie eine ausgeklügelte Pflege des Kühlschmierstoffes. Anzustreben ist daher grundsätzlich eine Kombination beider Möglichkeiten.