Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
In der holzbe- u. verarbeitenden Industrie sind zahlreiche Probleme auf den hohen Staub- und Sp\u00e4neanfall bei der Produktion zur\u00fcckzuf\u00fchren. Die Beeintr\u00e4chtigung der Bearbeitungsqualit\u00e4t, die gesundheitliche Belastung des Bedienpersonals und die sehr hohen Entsorgungskosten des Zerspanungsgutes sind in dieser Branche neben der L\u00e4rmproblematik an erster Stelle zu nennen. Die erreichbare Bearbeitungsqualit\u00e4t ist entscheidend f\u00fcr die Konkurrenzf\u00e4higkeit des Herstellers. Beeinflu\u00dft wird die Bearbeitungsqualit\u00e4t durch den Staub- und Sp\u00e4neanfall insbesondere aufgrund hoher Fluggeschwindigkeiten und durch die elektrostatische Aufladung der Partikel. Die empfindlichen Schneiden von Diamantwerkzeugen, die F\u00fchrungen der Achsen und die Achsenantriebe sowie die Lager der Bearbeitungsaggregate k\u00f6nnen durch gr\u00f6\u00dfere Partikel mit hoher kinetischer Energie besch\u00e4digt werden (Werkzeugbruch und schlechte Bearbeitungsqualit\u00e4t). F\u00fcr das Bedienpersonal sind die hohen Staubkonzentrationen w\u00e4hrend des Betriebes beim Werkzeugwechsel oder bei Wartungsarbeiten gesundheitsgef\u00e4hrdend. Die Richtlinien geben deshalb einen Staubkonzentrationswert vom 2 mg\/m3 als den h\u00f6chsten zul\u00e4ssigen Wert f\u00fcr alle holzbearbeitenden Maschinen und Arbeitspl\u00e4tze vor. Um diese Problemstellung zu l\u00f6sen wird in der Regel die Absaugleistung soweit erh\u00f6ht, bis die Staubkonzentration im Rahmen der gesetzlichen Vorschriften liegt (gegebenenfalls Neuanschaffung einer leistungsf\u00e4higeren Absauganlage).
\nIm Projekt wird am Beispiel von Durchlaufmaschinen eine maschinenbezogene Entsorgungstechnik entwickelt, die weniger als 50 % der bisherigen Luftmenge und Leistung zur Entsorgung von Staub- und Sp\u00e4nen ben\u00f6tigt. Durchlaufmaschinen werden vorwiegend f\u00fcr die Weiterverarbeitung von Spanplatten und vereinzelt von Vollholzplatten verwendet. Man unterscheidet dabei in einseitige und doppelseitige Maschinen f\u00fcr das Post-\/Softforming-Verfahren (Plattenkanten-Bearbeitung), sowie als Doppelendprofiler f\u00fcr rein spanende Bearbeitung. Das neue Entsorgungskonzept basiert auf den drei wesentlichen Komponenten: Sp\u00fclluft, Sedimentation und Leitelementen. Staub und Sp\u00e4ne, die sich im Inneren der Maschine auf den Aggregaten und Funktionsteilen ablagern, werden durch einen definierten Sp\u00fclluftstrom abgeblasen. Diese Partikel werden in einem Beh\u00e4lter, der ein Teil des Maschinenbodens darstellt, gesammelt. In diesen Sedimentationsraum gelangen sie zum Teil durch die Sp\u00fclluft. Das innere der Maschine mu\u00df weitestgehend von Ablagerung frei bleiben. Zur Unterst\u00fctzung der Sp\u00fclluft geh\u00f6rt eine entsprechende Gestaltung des Innenraumes der Maschine, die die Sedimentation der Sp\u00e4ne in daf\u00fcr vorgesehene Bereiche beg\u00fcnstigt. Leitelemente sollen den Sp\u00e4neflug derart beeinflussen, da\u00df ein gezieltes Absetzen der Partikel im Sedimentationsbeh\u00e4lter m\u00f6glich ist. Der externe Ventilator entnimmt der Maschinenkabine Luft und bl\u00e4st diese \u00fcber geeignete D\u00fcsen auf die von Ablagerungen freizuhaltenden Fl\u00e4chen. Es entsteht damit ein geschlossener Kreislauf, der mit geringem Energieaufwand betrieben werden kann. Aus dem Sedimentationsraum k\u00f6nnen die Sp\u00e4ne energiesparend mit Hilfe eines mechanischen Transportmittels, zum Beispiel mit einem F\u00f6rderband oder einer F\u00f6rderschnecke, aus der Maschine transportiert und der Absaugung oder direkt einer Brikettieranlage zugef\u00fchrt werden.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Projekt wurde gemeinsam mit dem Institut f\u00fcr Werkzeugmaschinen an der Universit\u00e4t Stuttgart durchgef\u00fchrt.
\nUm die Anforderungen an das neue Entsorgungskonzept festzulegen, war es zun\u00e4chst erforderlich, eine vorhandene unver\u00e4nderte Durchlaufmaschine zu untersuchen. Dazu wurden Staubmessungen bei verschiedenen Absauggeschwindigkeiten und Werkst\u00fcckdicken durchgef\u00fchrt. Ebenso wurde der Staub- und Sp\u00e4neflug bei verschiedenen Bearbeitungsvorg\u00e4ngen \u00fcber einen Zeitraum von 6 Monaten beobachtet und bewertet. Voraussetzung f\u00fcr das Funktionieren des Sp\u00e4neentsorgungsprinzips ist unter anderem die Kenntnis der minimal notwendigen Sp\u00fclluftgeschwindigkeit, um eine ungewollte Sp\u00e4neablagerung zu verhindern. Ebenso interessiert die Sp\u00fclluftgeschwindigkeit, bei der schon aussedimentierte Sp\u00e4ne und Staub wieder in Bewegung gesetzt werden k\u00f6nnen. So wurden nach den Ergebnissen von Voruntersuchungen die Mindestanforderungen an die erforderlichen minimalen Luftgeschwindigkeiten formuliert, wie Mindestluftgeschwindigkeiten \u00fcber Grund bei Parallelstr\u00f6mung zur Verhinderung von Ablagerungen von in Bewegung befindlichem Staub und Sp\u00e4nen, bei Parallelstr\u00f6mung zur Beseitigung schon aussedimentierter Sp\u00e4ne, bei senkrechter Anstr\u00f6mung zur Verhinderung von Ablagerungen und bei senkrechter Anstr\u00f6mung zur Beseitigung schon aussedimentierter Sp\u00e4ne. Die abzublasende Fl\u00e4che soll m\u00f6glichst parallel angestr\u00f6mt werden.
\nDaraufhin wurde die Wirkweise der Sp\u00fclluft durch Erprobung und Untersuchung der Sedimentation innerhalb eines Umluftsystems einer Holzarbeitungsmaschine untersucht. In weiteren 6 Monaten wurden Verschlu\u00dfmechanismen entwickelt, getestet und erprobt sowie komplexe Sp\u00e4neleitelemente. Abschlie\u00dfend wurde die minimal geforderte Str\u00f6mungsgeschwindigkeit innerhalb der Maschinenverkleidung ermittelt und an einer Versuchsmaschine erprobt und ausgemessen. Die Energiebilanzen wurden erstellt sowie die Kosten ermittelt. Danach wurde eine erste Prototypmaschine gebaut und bei einem Kunden der HOMAG AG zum Einsatz gebracht.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Das neu entwickelte und in diesem Forschungsvorhaben untersuchte Entsorgungskonzept ist geeignet, die definierten Anforderungen weitestgehend zu erf\u00fcllen. Das Prinzip basiert auf den zwei wesentlichen Prinzipien der Sp\u00fclluft in Verbindung mit Sedimentation der Partikel und einer wesentlich verbesserten Abdichtung der Maschine. Bei stark verminderter Absaugung kommt es in der Maschine zur Ablagerungen innerhalb der Maschinenverkleidungen. Die Sp\u00fclluft bl\u00e4st diese sedimentierten Partikel gezielt in einen sogenannten Sedimentationsbeh\u00e4lter. In diesem Beh\u00e4lter befindet sich am Boden ein F\u00f6rderband, das die Partikel zur zentralen Absaugstelle bef\u00f6rdert. Mit gezielten Sp\u00fclluftstr\u00f6men werden au\u00dferdem innerhalb der Maschine alle Funktionsfl\u00e4chen von Partikeln weitestgehend ferngehalten, um so die Funktionssicherheit zu gew\u00e4hrleisten. Die Abdichtung der Maschine wurde verbessert, da bei verminderter Absaugleistung erhebliche Mengen an Staub- und Sp\u00e4nen aus den \u00d6ffnungen der Maschinen austreten. Durch entsprechende flexible Elemente f\u00fcr den Werkst\u00fcckein- und -austritt sowie die \u00d6ffnung zwischen Oberdruck und Kettenbahn konnte dies an der Prototypmaschine realisiert werden, und die Staub- und Sp\u00e4neemissionen wurden auf den gesetzlich vorgeschriebenen Wert von zwei Milligramm\/cbm Luft gesenkt. Der Energieaufwand f\u00fcr die Entsorgung konnte ca. um 50 % reduziert werden, wobei durch entsprechend g\u00fcnstige Auslegung der Maschine sowie der Absaug- und Sp\u00fclluftelemente eine Reduktion des Energieaufwandes um bis zu 70 % erreichbar erscheint.
\nWeitere Schritte f\u00fcr die Anwendung dieses neuen Entsorgungskonzeptes sind die industrietauglichen mechanischen Verschlu\u00dfelemente zwischen Oberdruck und Kettenbahn sowie zwischen Ein- und Auslauf der Maschinenverkleidung zu sehen. Diese L\u00f6sungen sind in der Form noch nicht serienm\u00e4\u00dfig einsetzbar und bed\u00fcrfen noch der konstruktiven Weiterentwicklung.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Durch das Projekt haben sich zwei weitere Problemkreise herauskristallisiert, die im Hinblick auf eine zukunftsorientierte umwelttechnische L\u00f6sung weiterer technischer Innovation bed\u00fcrfen.
\n–\tBei Kunststoffbeschichtungen f\u00fchrt die elektrostatische Aufladung von Sp\u00e4nen und Feinst\u00e4uben zu unerw\u00fcnschten Ablagerungen in der Maschine. Diese lassen sich nur durch den Einsatz der heute \u00fcblichen hohen Absauggeschwindigkeiten vermeiden. Eine besondere Problematik ergibt sich bei der Bearbeitung von Kunststoffprofilen und Profilfr\u00e4swerkzeugen. Die Oberfl\u00e4chen m\u00fcssen mit einer Ziehklinge nachbearbeitet werden, wobei lange Sp\u00e4ne entstehen, die nur mit sehr gro\u00dfen Abluftstr\u00f6men abgesaugt werden k\u00f6nnen;
\n–\tdas gestiegene Umweltbewu\u00dftsein stellt neue Anforderungen an eine getrennte Erfassung und Entsorgung umweltgef\u00e4hrdender Beschichtungsmaterialien wie PVC-Beschichtungen. Vor diesem Hintergrund soll die Entwicklung weitergef\u00fchrt werden.
\nDie HOMAG AG beabsichtigt auf der Holzmesse LIGNA 97 in Hannover, die Vorteile der neuartigen Staub- und Sp\u00e4neentsorgung an Durchlaufanlagen f\u00fcr die Holzbearbeitung herauszustellen. Eine Vorstellung durch das Institut f\u00fcr Werkzeugmaschinen der Universit\u00e4t Stuttgart ist auf der LIGNA 95 bereits erfolgt. Des weiteren sind von der Universit\u00e4t Stuttgart Ver\u00f6ffentlichungen in Fachzeitschriften vorgesehen.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Ein wesentlicher Schwerpunkt der Entwicklung eines kombinierten Verfahrens zur Staub- und Sp\u00e4neentsorgung an gro\u00dftechnischen Holzbearbeitungsanlagen unter dem Gesichtspunkt der Reduzierung von Energieeinsatz und Staubbelastung waren grunds\u00e4tzliche Untersuchungen zur Beurteilung und Verbesserung der Holzstaubbelastung. Die gesundheitssch\u00e4digenden Auswirkungen der Holzstaubbelastung werden zwar allgemein anerkannt, f\u00fcr deren Bewertung sind jedoch noch keine wissenschaftlich anerkannten Methoden vorhanden. Das L\u00f6sungskonzept sieht eine getrennte Erfassung von Sp\u00e4nen und St\u00e4uben dadurch vor, da\u00df in den Maschinenaggregaten eine ungest\u00f6rte Sedimentation der schweren Holzpartikel erm\u00f6glicht wird. Diese unter Nutzung der Schwerkraft erfolgende Sedimentation in definierten Bodenbereichen der Aggregate kann durch mechanische Transporteinrichtungen mit geringem Energieaufwand entsorgt werden. Nicht sedimentierte Schwebeteilchen werden durch einen Sp\u00fclluftstrom mit sehr niedrigen Luftgeschwindigkeiten abgesaugt. Dadurch lassen sich erhebliche Einsparungen im Energieeinsatz entzielen.
\nBisher sind \u00fcber dieses Forschungsprojekt hinaus keine grundlegend neuen Ans\u00e4tze f\u00fcr eine Verbesserung der Staubbelastungen oder zu rationellerem Energieeinsatz bei Absaugungssystemen bekannt geworden. Einer Verringerung der Staubemission innerhalb von Betriebsr\u00e4umen durch Leistungserh\u00f6hung der Absauganlagen sind aus energetischen und betriebswirtschaftlichen Gr\u00fcnden Grenzen gesetzt. Um hier zu Verbesserungen zu kommen, wird von Anlagenherstellern das Konzept verfolgt, die zentrale Absaugung durch mehrere kleinere Absauganlagen, die einzelnen Maschinen oder Arbeitsstationen zugeordnet sind, zu ersetzen. Die Firma HOMAG hat mit dem Projekt in erfolgreicher Weise das Konzept verfolgt, die Prinzipien dezentrale und zentrale Absaugung miteinander zu verbinden.
\nDas Projekt wurde insgesamt f\u00fcr die Branche der Hersteller von Holzbearbeitungsmaschinen modellhaft und im Ergebnis sehr erfolgreich durchgef\u00fchrt.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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