Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
Energieeffiziente Zerspanung durch integrierte Absaugung
Projektbeschreibung
Bei spanenden Bearbeitungsmaschinen macht die Absaugung der Späne einen hohen elektrischen Energiebedarf von durchschnittlich 45% aus. Durch die zum Teil ambitionierten gesetzlichen Restriktionen in Verbindung mit überdimensionierten Absaugeinrichtungen kann es vorkommen, dass die Absaugung einen höheren Anteil an der gesamten Energie benötigt als die des eigentlichen Bearbeitungsprozesses. Eine optimale Absauganlage für den Transport der Späne aus dem Bearbeitungsgebiet hat nicht nur aus energetischen Gründen, sondern auch aus ökonomischen sowie zur Wahrung der Gesundheit des Beschäftigten eine hohe Bedeutung.
Nicht abgeführte Späne können zur Verschmutzung der Oberfläche und zum Zusetzen von Maschinenteilen und -komponenten führen. Dadurch resultiert eine Verminderung der Lebensdauer des eingesetzten Werkzeuges und die Qualität des Werkstückes verschlechtert sich signifikant. Absaugeinrichtungen sind insbesondere bei der Zerspanung von Holz- und Faserverbundwerkstoffen wichtig. Nicht nur die Verbesserung der Bearbeitungsqualität durch saubere Werkstückoberflächen, sondern auch die Luftreinhaltung zur Wahrung der Gesundheit der Beschäftigten und zum Brand- und Explosionsschutz sind Gründe, warum eine Abführung von Span und Staub unerlässlich ist. Die eingesetzten Systeme zur Staubabsaugung schöpfen derzeit nicht ihr gesamtes Potential aus. Späne generieren eine sehr hohe kinetische Energie, die einen hohen abrasiven Verschleiß am Werkzeug erzeugen sowie zu einer Gefährdung für den Maschinenbediener führen können. Weiterhin können elektrische Komponenten durch Zusetzen einer Schicht von Feinststäuben zu Beschädigung führen. Je nach angewandter Variante zur Absaugung der Späne und Partikel resultieren Nachteile, die einerseits die Qualität oder andererseits den Wirkungsgrad negativ beeinflussen.
Ziel des Projektes ist eine deutliche Senkung des Energiebedarfs für die Absaugung von Spänen und Stäuben für holz- und kunststoffverarbeitende Maschinen. Dabei wird auf externe Aggregate weitestgehend verzichtet, wodurch erreicht wird, dass unabhängig von der Auslastung des Maschinenparks mit einer maximal möglichen Effizienz abgesaugt werden kann. Zur Vermeidung eines Betriebs mit Leistungsüberschuss und übermäßiger Druckverluste soll die benötigte Energie zur Absaugung möglichst direkt und nahe am Werkzeug eingesetzt werden. Dabei liegt ein Fokus auf einer energieminimalen, an den jeweiligen Zerspanprozess optimal angepassten Spanabsaugung. Dadurch kann eine signifikante Verbesserung des Gesamtwirkungsgrad der Maschine erzielt werden. Als zusätzlicher Vorteil dieser Innovation können die CO2-Emision reduziert werden, da das entwickelte System unabhängig und adaptiv an möglichst viele Bearbeitungsmaschinen nachgerüstet werden kann. Als Gesamtkonzept entsteht so ein energieeffizientes Absaugsystem, das den Gesamtenergiebedarf von holz- und faserverbundbearbeitenden Maschinen drastisch reduziert. Als flexibles und nahezu autarkes System ist es außerdem für die dreidimensionale Bearbeitung in 5-Achs-Maschinen und die Zerspanung mit Robotern prädestiniert.