Projekt 17378/01

Verbesserung von Umwelt- und Arbeitsschutz bei der Hochleistungszerspanung durch trockenen Heißschnitt mittels eines Duplex-Sprühsystems mit getrennter Kühlung und Schmierung als neuartiger MMKS-Technologie

Projektträger

Stutenz Metallverarbeitung GmbH
Zur Leye 24
57439 Attendorn
Telefon: 02721/9414-0

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Der Großteil aller Bearbeitungsschritte in der Firma Stutenz wird auf kurvengesteuerten Drehautomaten durchgeführt. Auf diesen Drehautomaten und den vorhandenen Rundtaktmaschinen erfolgt die Schmierung und Kühlung der Werkzeugschneide mit Öl. Die Pflege dieser Öle ist unter den betrieblichen Bedingungen praktisch nicht möglich, so dass die Ölbäder in regelmäßigen Abständen ausgetauscht werden müssen. Eine stets anfallende Abfallmenge von 6.000 Liter Bearbeitungsöl pro Jahr ist sachgerecht zu entsorgen. Bedingt durch die Hochleistungsoperationen entstehen zudem Ölnebeldämpfe, die in die Arbeitsumgebung emittiert werden. Das Ziel besteht nun darin diese Emissionen zu senken und somit für Mensch und Umwelt verbesserte Voraussetzungen zu schaffen. Der Einsatz von MMKS bietet sich an, da dabei in der Größenordnung von 5 bis 50 ml/h für den gleichen Bearbeitungsprozess, nahezu rückstandsfrei, eingesetzt werden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie spezifischen Anforderungen an die Bearbeitung auf Drehautomaten oder Rundtaktmaschinen, d. h. hohe thermische Belastungen durch Mehrstufenbearbeitung, unterschiedliche Bearbeitungstechnologien ist Grund dafür, dass üblicherweise Bearbeitungsöle für die Kühlschmierung eingesetzt werden. Ein Einsatz von MMKS ist bisher nicht bekannt geworden. Das Duplex-Sprühsystem mit einem besonders hochwertigen Schmierfluid und getrennter zusätzlicher Kühlung eröffnet vor diesem Hintergrund nach eigener Einschätzung erstmals eine erfolgversprechende Alternative, um die Möglichkeit MMKS auch in der kurzzyklischen Mehrstufenbearbeitung einzusetzen. Das Duplex-Sprühsystem bietet durch eine Regelung von Schmierung und zusätzlicher Kühlung als erstes MMKS-System eine Hochleistungszerspanung im kontrollierten Heißschnitt vorzunehmen. Die ausgezeichneten Schmiereigenschaften des Schmierfluids, das auch bei hohen Temperaturen wirksam bleibt, und eine effektive Kühlung mit Hilfe ei-ner Temperaturüberwachung, die bereits in den Patentschriften vorgesehen ist, bieten ausgezeichnete Voraussetzungen für die Realisierung eines effektiven Prozessmanagement.


Ergebnisse und Diskussion

Um die optimale Kombination von Kühl- und Schmiermittelpositionierung sowie der Dosierung des zugehörigen Volumenstromes iterativ zu ermitteln, wurde eine nach dem Duplex-Sprühsystem arbeitende Versuchsanlage gebaut. Diese Anlage zeichnet sich durch Transportabilität und eine einfache montagetechnische Anbindungsmöglichkeit an unterschiedlichste Maschinen aus. Dieses System ist mit einer Kühl- und einer Schmierdüse ausgestattet, so dass nur jeweils ein Bearbeitungsmerkmal mit und weitere Merkmale ohne diese Applikation gefertigt bzw. getestet werden können. Wenn beim Versuch nur ein Merkmal mit MMKS erstellt wird, lässt sich schlussfolgern, dass die Bearbeitung aller weiteren Merkmale eine Trockenbearbeitung ist. Um diesen Nachteil zu begegnen wurden Fixprofileinsätze eingesetzt. Mit diesem Kombinationswerkzeug ist es möglich, die Fertigung mehrerer Merkmale an einem Ort zu realisieren und das Defizit mit nur einer MMKS-Zufuhr arbeiten zu müssen, auszugleichen. Dem Vorteil der Anwendung von Fixprofileinsätzen stehen erhöhte Werkzeugkosten, geringe Werkzeugflexibilität und der Sachverhalt der Verlustkühlschmierung gegenüber.
Zur Auswahl des MMKS-Einsatzes bezüglich der Mehroperationenbearbeitung muss die Entscheidung getroffen werden, ob mit Hilfe des Einsatzes der Prozess zeitlich verkürzt oder die Standzeit eines bestimmten Werkzeugs durch MMKS erhöht werden soll. Die Versuche haben gezeigt, dass die Anforderungen an die vorhandene Druckluftanlage nicht erfüllt wurden, so dass die Effekte der Schmierkomponente des MMKS-Systems nicht eintraten. Außerdem brachte der schwankende Druck der Anlage nicht die notwendige Voraussetzung für die Dosierung der eingesetzten Mittel. Vor diesem Hintergrund wurde die Installation eines neuen Druckluftkompressors sowie die Trocknung des betrieblichen Leitungssystems unerlässlich.
Die Substitution der Überflutungskühlschmierung durch die Minimalmengenkühlschmierung bei kurzzyklischer Mehroperationenbearbeitung bringt Veränderungen mit sich, die weit über den Horizont der primären Betrachtung des Systems Werkstückrandzone, Span und Werkzeug hinausreichen.
Massive wirtschaftliche Probleme, ausgelöst durch konjunkturelle Einbrüche bei wichtigen Abnehmern sowie vielfältige personelle Probleme bei Mitarbeitern, die mit der Bedienung modernisierter Maschinen überfordert waren, führten zum Abbruch des Förderprojektes.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Durch den Abbruch des Förderprojektes fanden keine Präsentationen der Ergebnisse statt.


Fazit

Da unter den gegebenen Umständen keine vollständigen Ergebnisse vorliegen, lässt sich nur auf die tendenzielle Möglichkeit der Substituierung der Überflutungskühlschmierung durch Minimalmengenkühlschmierung hinweisen. Jedoch treten Nebenwirkungen aus dem Gesamtanforderungsprofil des Zerspanungsprozesses auf, deren Erfüllung notwendige Voraussetzung für die Effektivität der Einzelmaßnahme Substitution des Kühlschmiermittelverfahrens ist.