Projekt 01060/01

Entwicklung eines Verfahrens zur getrennten Holzstaub- und spÀneentsorgung

ProjekttrÀger

HOMAG Maschinenbau AG
Homagstr. 5
72296 SchopflochZielsetzung und Anlass des Vorhabens In der holzbe- u. verarbeitenden Industrie sind zahlreiche Probleme auf den hohen Staub- und SpĂ€neanfall bei der Produktion zurĂŒckzufĂŒhren. Die BeeintrĂ€chtigung der BearbeitungsqualitĂ€t, die gesundheitliche Belastung des Bedienpersonals und die sehr hohen Entsorgungskosten des Zerspanungsgutes sind in dieser Branche neben der LĂ€rmproblematik an erster Stelle zu nennen. Die erreichbare BearbeitungsqualitĂ€t ist entscheidend fĂŒr die KonkurrenzfĂ€higkeit des Herstellers. Beeinflußt wird die BearbeitungsqualitĂ€t durch den Staub- und SpĂ€neanfall insbesondere aufgrund hoher Fluggeschwindigkeiten und durch die elektrostatische Aufladung der Partikel. Die empfindlichen Schneiden von Diamantwerkzeugen, die FĂŒhrungen der Achsen und die Achsenantriebe sowie die Lager der Bearbeitungsaggregate können durch grĂ¶ĂŸere Partikel mit hoher kinetischer Energie beschĂ€digt werden (Werkzeugbruch und schlechte BearbeitungsqualitĂ€t). FĂŒr das Bedienpersonal sind die hohen Staubkonzentrationen wĂ€hrend des Betriebes beim Werkzeugwechsel oder bei Wartungsarbeiten gesundheitsgefĂ€hrdend. Die Richtlinien geben deshalb einen Staubkonzentrationswert vom 2 mg/m3 als den höchsten zulĂ€ssigen Wert fĂŒr alle holzbearbeitenden Maschinen und ArbeitsplĂ€tze vor. Um diese Problemstellung zu lösen wird in der Regel die Absaugleistung soweit erhöht, bis die Staubkonzentration im Rahmen der gesetzlichen Vorschriften liegt (gegebenenfalls Neuanschaffung einer leistungsfĂ€higeren Absauganlage). Im Projekt wird am Beispiel von Durchlaufmaschinen eine maschinenbezogene Entsorgungstechnik entwickelt, die weniger als 50 % der bisherigen Luftmenge und Leistung zur Entsorgung von Staub- und SpĂ€nen benötigt. Durchlaufmaschinen werden vorwiegend fĂŒr die Weiterverarbeitung von Spanplatten und vereinzelt von Vollholzplatten verwendet. Man unterscheidet dabei in einseitige und doppelseitige Maschinen fĂŒr das Post-/Softforming-Verfahren (Plattenkanten-Bearbeitung), sowie als Doppelendprofiler fĂŒr rein spanende Bearbeitung. Das neue Entsorgungskonzept basiert auf den drei wesentlichen Komponenten: SpĂŒlluft, Sedimentation und Leitelementen. Staub und SpĂ€ne, die sich im Inneren der Maschine auf den Aggregaten und Funktionsteilen ablagern, werden durch einen definierten SpĂŒlluftstrom abgeblasen. Diese Partikel werden in einem BehĂ€lter, der ein Teil des Maschinenbodens darstellt, gesammelt. In diesen Sedimentationsraum gelangen sie zum Teil durch die SpĂŒlluft. Das innere der Maschine muß weitestgehend von Ablagerung frei bleiben. Zur UnterstĂŒtzung der SpĂŒlluft gehört eine entsprechende Gestaltung des Innenraumes der Maschine, die die Sedimentation der SpĂ€ne in dafĂŒr vorgesehene Bereiche begĂŒnstigt. Leitelemente sollen den SpĂ€neflug derart beeinflussen, daß ein gezieltes Absetzen der Partikel im SedimentationsbehĂ€lter möglich ist. Der externe Ventilator entnimmt der Maschinenkabine Luft und blĂ€st diese ĂŒber geeignete DĂŒsen auf die von Ablagerungen freizuhaltenden FlĂ€chen. Es entsteht damit ein geschlossener Kreislauf, der mit geringem Energieaufwand betrieben werden kann. Aus dem Sedimentationsraum können die SpĂ€ne energiesparend mit Hilfe eines mechanischen Transportmittels, zum Beispiel mit einem Förderband oder einer Förderschnecke, aus der Maschine transportiert und der Absaugung oder direkt einer Brikettieranlage zugefĂŒhrt werden. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDas Projekt wurde gemeinsam mit dem Institut fĂŒr Werkzeugmaschinen an der UniversitĂ€t Stuttgart durchgefĂŒhrt. Um die Anforderungen an das neue Entsorgungskonzept festzulegen, war es zunĂ€chst erforderlich, eine vorhandene unverĂ€nderte Durchlaufmaschine zu untersuchen. Dazu wurden Staubmessungen bei verschiedenen Absauggeschwindigkeiten und WerkstĂŒckdicken durchgefĂŒhrt. Ebenso wurde der Staub- und SpĂ€neflug bei verschiedenen BearbeitungsvorgĂ€ngen ĂŒber einen Zeitraum von 6 Monaten beobachtet und bewertet. Voraussetzung fĂŒr das Funktionieren des SpĂ€neentsorgungsprinzips ist unter anderem die Kenntnis der minimal notwendigen SpĂŒlluftgeschwindigkeit, um eine ungewollte SpĂ€neablagerung zu verhindern. Ebenso interessiert die SpĂŒlluftgeschwindigkeit, bei der schon aussedimentierte SpĂ€ne und Staub wieder in Bewegung gesetzt werden können. So wurden nach den Ergebnissen von Voruntersuchungen die Mindestanforderungen an die erforderlichen minimalen Luftgeschwindigkeiten formuliert, wie Mindestluftgeschwindigkeiten ĂŒber Grund bei Parallelströmung zur Verhinderung von Ablagerungen von in Bewegung befindlichem Staub und SpĂ€nen, bei Parallelströmung zur Beseitigung schon aussedimentierter SpĂ€ne, bei senkrechter Anströmung zur Verhinderung von Ablagerungen und bei senkrechter Anströmung zur Beseitigung schon aussedimentierter SpĂ€ne. Die abzublasende FlĂ€che soll möglichst parallel angeströmt werden. Daraufhin wurde die Wirkweise der SpĂŒlluft durch Erprobung und Untersuchung der Sedimentation innerhalb eines Umluftsystems einer Holzarbeitungsmaschine untersucht. In weiteren 6 Monaten wurden Verschlußmechanismen entwickelt, getestet und erprobt sowie komplexe SpĂ€neleitelemente. Abschließend wurde die minimal geforderte Strömungsgeschwindigkeit 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. Ergebnisse und Diskussion Das neu entwickelte und in diesem Forschungsvorhaben untersuchte Entsorgungskonzept ist geeignet, die definierten Anforderungen weitestgehend zu erfĂŒllen. Das Prinzip basiert auf den zwei wesentlichen Prinzipien der SpĂŒlluft 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 SpĂŒlluft blĂ€st diese sedimentierten Partikel gezielt in einen sogenannten SedimentationsbehĂ€lter. In diesem BehĂ€lter befindet sich am Boden ein Förderband, das die Partikel zur zentralen Absaugstelle befördert. Mit gezielten SpĂŒlluftströmen werden außerdem innerhalb der Maschine alle FunktionsflĂ€chen von Partikeln weitestgehend ferngehalten, um so die Funktionssicherheit zu gewĂ€hrleisten. Die Abdichtung der Maschine wurde verbessert, da bei verminderter Absaugleistung erhebliche Mengen an Staub- und SpĂ€nen aus den Öffnungen der Maschinen austreten. Durch entsprechende flexible Elemente fĂŒr den WerkstĂŒckein- und -austritt sowie die Öffnung zwischen Oberdruck und Kettenbahn konnte dies an der Prototypmaschine realisiert werden, und die Staub- und SpĂ€neemissionen wurden auf den gesetzlich vorgeschriebenen Wert von zwei Milligramm/cbm Luft gesenkt. Der Energieaufwand fĂŒr die Entsorgung konnte ca. um 50 % reduziert werden, wobei durch entsprechend gĂŒnstige Auslegung der Maschine sowie der Absaug- und SpĂŒlluftelemente eine Reduktion des Energieaufwandes um bis zu 70 % erreichbar erscheint. Weitere Schritte fĂŒr die Anwendung dieses neuen Entsorgungskonzeptes sind die industrietauglichen mechanischen Verschlußelemente zwischen Oberdruck und Kettenbahn sowie zwischen Ein- und Auslauf der Maschinenverkleidung zu sehen. Diese Lösungen sind in der Form noch nicht serienmĂ€ĂŸig einsetzbar und bedĂŒrfen noch der konstruktiven Weiterentwicklung. Öffentlichkeitsarbeit und PrĂ€sentation Durch das Projekt haben sich zwei weitere Problemkreise herauskristallisiert, die im Hinblick auf eine zukunftsorientierte umwelttechnische Lösung weiterer technischer Innovation bedĂŒrfen. - Bei Kunststoffbeschichtungen fĂŒhrt die elektrostatische Aufladung von SpĂ€nen und FeinstĂ€uben zu unerwĂŒnschten Ablagerungen in der Maschine. Diese lassen sich nur durch den Einsatz der heute ĂŒblichen hohen Absauggeschwindigkeiten vermeiden. Eine besondere Problematik ergibt sich bei der Bearbeitung von Kunststoffprofilen und ProfilfrĂ€swerkzeugen. Die OberflĂ€chen mĂŒssen mit einer Ziehklinge nachbearbeitet werden, wobei lange SpĂ€ne entstehen, die nur mit sehr großen Abluftströmen abgesaugt werden können; - das gestiegene Umweltbewußtsein stellt neue Anforderungen an eine getrennte Erfassung und Entsorgung umweltgefĂ€hrdender Beschichtungsmaterialien wie PVC-Beschichtungen. Vor diesem Hintergrund soll die Entwicklung weitergefĂŒhrt werden. Die HOMAG AG beabsichtigt auf der Holzmesse LIGNA 97 in Hannover, die Vorteile der neuartigen Staub- und SpĂ€neentsorgung an Durchlaufanlagen fĂŒr die Holzbearbeitung herauszustellen. Eine Vorstellung durch das Institut fĂŒr Werkzeugmaschinen der UniversitĂ€t Stuttgart ist auf der LIGNA 95 bereits erfolgt. Des weiteren sind von der UniversitĂ€t Stuttgart Veröffentlichungen in Fachzeitschriften vorgesehen. Fazit Ein wesentlicher Schwerpunkt der Entwicklung eines kombinierten Verfahrens zur Staub- und SpĂ€neentsorgung an großtechnischen Holzbearbeitungsanlagen unter dem Gesichtspunkt der Reduzierung von Energieeinsatz und Staubbelastung waren grundsĂ€tzliche Untersuchungen zur Beurteilung und Verbesserung der Holzstaubbelastung. Die gesundheitsschĂ€digenden Auswirkungen der Holzstaubbelastung werden zwar allgemein anerkannt, fĂŒr deren Bewertung sind jedoch noch keine wissenschaftlich anerkannten Methoden vorhanden. Das Lösungskonzept sieht eine getrennte Erfassung von SpĂ€nen und StĂ€uben dadurch vor, daß in den Maschinenaggregaten eine ungestörte Sedimentation der schweren Holzpartikel ermöglicht 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 SpĂŒlluftstrom mit sehr niedrigen Luftgeschwindigkeiten abgesaugt. Dadurch lassen sich erhebliche Einsparungen im Energieeinsatz entzielen. Bisher sind ĂŒber dieses Forschungsprojekt hinaus keine grundlegend neuen AnsĂ€tze fĂŒr eine Verbesserung der Staubbelastungen oder zu rationellerem Energieeinsatz bei Absaugungssystemen bekannt geworden. Einer Verringerung der Staubemission innerhalb von BetriebsrĂ€umen durch Leistungserhöhung der Absauganlagen sind aus energetischen und betriebswirtschaftlichen GrĂŒnden 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. Das Projekt wurde insgesamt fĂŒr die Branche der Hersteller von Holzbearbeitungsmaschinen modellhaft und im Ergebnis sehr erfolgreich durchgefĂŒhrt.

Übersicht

Telefon

07443/13-218

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07443/13-218

Bundesland

Bayern

Fördersumme

383.239,34 €

Förderzeitraum

17.05.1993 - 02.04.1997