Nachhaltigkeit in der Fertigung

Werkstoffe 08. 10. 2023
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Die Bedeutung der Energieeffizienz von Werkzeugmaschinen nimmt weiterhin zu. Abseits der hohen Energiepreise ist der ressourcenschonende Einsatz von Energie unabdingbar, um den CO2-Fußabdruck des produzierenden Gewerbes zu senken. Ein Ansatzpunkt zur Energiereduktion der Werkzeugmaschine ist die Anpassung der Kühlschmierstoffversorgung. In einer starken Partnerschaft des Instituts für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IWF) mit der DMG MORI AG wurden daher die Potenziale einer volumenstromgeregelten Kühlschmierstoffzufuhr untersucht. Das Ergebnis: 90 Prozent Energieeinsparung und verbesserte Bauteilqualität.

Zu den elektrischen Verbrauchern einer Werkzeugmaschine gehören neben Spindel und Vorschubantrieben auch die Aggregate zur Kühlschmierstoffversorgung. Am Beispiel einer DMU65 mB sind diese sogar für bis zu 55 Prozent des gesamten Stromverbrauchs verantwortlich. Eine der Hauptursachen für diesen hohen Energieverbrauch liegt darin, dass insbesondere beim Einsatz von Hochdruck-Kühlschmierung der gesamte verfügbare Druck eingesetzt wird. Viele Anwender nutzen Kühlschmierstoff nach der Maßgabe ‚Viel hilft Viel‘ und setzen die maximale Pumpenleistung ein, erläutert Arnd Heckemeyer, der die Abteilung Zerspanung am IFW ­leitet. Um diesem entgegenzuwirken, haben die Forschenden in einem gemeinsamen Projekt mit DMG MORI drei wesentliche Fragestellungen beantwortet: Welcher Kühlschmierstoff-Volumenstrom kommt am Werkzeug überhaupt an, wie viel Kühlschmierstoff benötige ich für einen spezifischen Prozess und wie kann ich diese Erkenntnisse als Anwender an der Maschine nutzen?

Es wurden Untersuchungen durchgeführt, um die Abhängigkeiten zwischen der Pumpenleistung, dem Kühlmitteldruck und dem resultierenden Volumenstrom aufzuzeigen. Die Reduzierung des Volumenstroms um 30 Prozent erfordert 50 Prozent weniger Druck beziehungsweise 90 Prozent ­weniger elektrische Energie. Basierend auf diesen Kenntnissen wurde daher ein Regelkreis für die Kühlmittelpumpe ausgelegt und in Betrieb genommen, der nicht wie üblich auf einen konstanten Kühlmitteldruck, sondern auf einen definierten Kühlmittelvolumenstrom regelt. Der Nutzen dieser Technologie konnte anschließend in Zerspanuntersuchungen nachgewiesen werden.

Durch die Regelung auf einen definierten und reduzierten Kühlmittelvolumenstrom konnte nicht nur der Energiebedarf der Werkzeugmaschine reduziert, sondern auch das Werkzeugeinsatzverhalten optimiert werden. So konnte beim Fräsen von Titan der Werkzeugverschleiß signifikant reduziert und die Bohrlochqualität beim Bohren von Edelstahl deutlich verbessert werden.Arnd Heckemeyer

Kontakt:

Arnd Heckemeyer, Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen, Leibniz Universität Hannover, E-Mail: heckemeyer@ifw.uni-hannover.de

Text zum Titelbild: Kühlschmierstoffversorgung: Ansatzpunkt zur energetischen Optimierung einer Werkzeugmaschine (Bild: IFW)

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