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Blue Competence Blog

Energieeffiziente Werkzeugkonzepte von MAPAL

September 2013
05
Autor: Kathrin Rehor
Firma: Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e.V.
Energieeffiziente Werkzeugkonzepte von MAPAL

 „Unsere Aktivitäten stehen unter der Prämisse, unsere Umwelt und die uns zur Verfügung stehenden Ressourcen zu schonen.“ Dieser Auszug aus den MAPAL Unternehmensgrundsätzen ist sowohl Maßstab bei neuen Produktentwicklungen als auch bei Werkzeugkonzepten für energieeffiziente Fertigungsprozesse.
 
Energiekosten und insbesondere die Strompreise werden weiter steigen, diese These ist unstrittig. In Deutschland benötigt die Industrie über 40% des gesamten produzierten Stromverbrauchs. Circa 60% davon entfallen auf den Betrieb von Produktionsmaschinen. Bei Werkzeugmaschinen ist die benötigte Energie für die Zerspanung sehr klein im Vergleich zum Gesamtenergiebedarf der Maschine. Bei diesen Maschinen gibt es eine Reihe von Möglichkeiten zur Steigerung der Energieeffizienz, zum Beispiel durch den Einsatz bedarfsgerechter Regelungen und Steuerungen sowie die Verwendung von energiesparenden Komponenten. Dies setzt jedoch meist hohe Investitionen oder gar neue Maschinen voraus.
 
Dagegen kann mit einer intelligenten Prozessoptimierung auch auf vorhandenen Maschinen eine beachtliche Energie- und damit Kosteneinsparung erreicht werden. Dafür gibt es im Wesentlichen zwei Ansatzpunkte: Die Verkürzung der Maschinenlaufzeiten und die Reduzierung der Schnittkräfte, insbesondere bei der Schruppzerspanung. Im Durchschnitt können mit geeigneten Werkzeugkonzepten Einsparungen im Bereich von 15% des Gesamtenergiebedarfs realisiert werden.
 

Kombinationswerkzeuge von MAPAL für die Getriebegehäusefertigung

Kombinationswerkzeuge reduzieren sowohl Haupt- als auch Nebenzeiten
Besonders effektiv ist der Einsatz von Kombinationswerkzeugen im Hinblick auf die Reduzierung des Energiebedarfs, da sowohl Haupt- als auch Nebenzeiten beeinflusst werden. Durch die Integration möglichst vieler Bearbeitungen in ein Werkzeug werden Werkzeugwechsel eingespart. Die gesamte Fertigungszeit wird durch das gleichzeitige Bearbeiten verschiedener Durchmesser, Fasen und Planflächen reduziert. Überdies werden Folgeprozesse positiv beeinflusst, da sich die Genauigkeiten und die Prozesssicherheit verbessern und so Messzyklen reduziert werden können. Getriebegehäuse von modernen Automatikgetrieben zum Beispiel sind sehr komplexe Bauteile, für deren Bearbeitung eine Vielzahl von Werkzeugen nötig ist. Daher bietet der Fertigungsprozess mehrere Ansatzpunkte für den Einsatz von Kombinationswerkzeugen sowie für gezielte Optimierungen. So können bis zu 25% der Bearbeitungszeiten eingespart werden.
 

Hochleistungswerkzeuge von MAPAL verkürzen die Bearbeitungszeit durch hohe Schnittwerte.

Hochleistungswerkzeuge verkürzen die Bearbeitungszeiten
Durch gesteigerte Schnittwerte kann die Hauptzeit der Bearbeitung stark reduziert werden, mit entsprechend positiven Auswirkungen auf den Energieverbrauch. Bei der Entwicklung des MEGA-Speed-Drill, der FeedPlus Reibahle oder des HP-FaceMill von MAPAL stand die Steigerung der Schnittgeschwindigkeit beziehungsweise der Vorschubwerte im Mittelpunkt. Diese Hochleistungswerkzeuge sind in der Lage, die Bearbeitungszeiten mehr als zu halbieren. Bei den FeedPlus Reibahlen wurde dies möglich, weil je nach Durchmesser mehr als doppelt so viele Schneiden im Werkzeug eingebracht sind als bei anderen fest gelöteten Reibahlen. Dadurch können entsprechend höhere Vorschübe gefahren werden. Beispielsweise konnte bei der Bearbeitung einer Bronzebuchse in einem Kipphebel durch den Einsatz einer FeedPlus Reibahle mit 18 Schneiden die Bearbeitungszeit um 66% reduziert werden. Gegenüber der herkömmlichen Bearbeitung mit achtschneidigen Werkzeugen entspricht dies bei 50.000 produzierten Teilen pro Jahr einer Einsparung von 39 Stunden Bearbeitungszeit.
 
Reduzierte Schnittkräfte bei der Schruppzerspanung
Bei der mittleren bis leichten Zerspanung ist die Energieaufnahme der Spindel unwesentlich vom Werkzeug bestimmt. Anders bei der Schruppzerspanung, bei der das Werkzeug sehr stark den Leistungsbedarf bestimmt. Durch den Einsatz von weichschneidenden Schneidengeometrien, wie in der Tangentialtechnologie verwendet, kann folglich auch bei der Schruppzerspanung der Energiebedarf gesenkt werden. MAPAL setzt die Tangentialtechnologie bei Aufbohrwerkzeugen und zum Fräsen ein. Die innovativen PerformanceMill Fräser mit ISO-Wendeschneidplatten erreichen hohe Zerspanvolumina bei vergleichsweise geringem Leistungsbedarf. Dazu führt das weiche Schnittverhalten zu höheren Standzeiten und reduzierten Vibrationen.
 
Leichtbauwerkzeuge mit doppelt positivem Effekt
Spezielle Leichtbauwerkzeuge mit CFK-Grundkörper für Bohrungen mit großem Durchmesser (ab 500 mm) sparen Bearbeitungszeit und schonen durch ihr geringeres Gewicht zusätzlich die Spindel der Werkzeugmaschine. Im Gegensatz zu üblicherweise eingesetzten Brückenwerkzeugen in Stahl- oder Aluminiumbauweise weisen die CFK-Werkzeuge eine sehr geringe Wärmeausdehnung auf. Somit sind Maßstabilität und eine konstante Genauigkeit des Werkzeuges bei schwankenden Temperaturen gewährleistet, Nachjustieren und Kontrollschnitte entfallen. Durch ihr geringes Gewicht sind die großen Werkzeuge gut ein- und auszuwechseln. Und auch die Anwendung der Werkzeuge ist einfach. Es gibt nur eine Feinverstellpatrone, die µ-genau und ohne Spiel auf der Brücke angebracht ist.


Energieeffizient durch weichschneidende Geometrien – die PerformanceMill Fräser von MAPAL.
 
MMS- und Trockenbearbeitung steigern die Energieeffizienz
Erhebliches Potenzial zur Steigerung der Energieeffizienz bietet die Umstellung von Nasszerspanung auf Minimalmengenschmierung (MMS) bzw. Trockenbearbeitung. Der Wegfall der für die Versorgung mit Kühlschmierstoff notwendigen Aggregate ermöglicht Energieeinsparungen von bis zu 40%. Jedoch erfordert die Umstellung auf MMS weit mehr als den Ersatz der Hochdruckpumpe durch eine MMS-Anlage. Eine prozesssichere Bearbeitung mit MMS bedingt eine angepasste Werkzeugtechnologie. Die gezielte Kühlung und Schmierung der Schneiden und die Abfuhr der Späne müssen gewährleistet bleiben. Ein Beispiel für die erfolgreiche Umstellung von Nassbearbeitung auf MMS ist die Bearbeitung eines Zylinderkopfes aus Aluminium. Während die Fräsoperationen vergleichsweise gut auf MMS umzustellen sind, müssen bei der Bohrungsbearbeitung die Werkzeuge optimal an die MMS-Bedingungen angepasst werden. Die gesicherte und gleichmäßige Abgabe des Mediums und kurze Ansprechzeiten müssen garantiert sein. Bei Stufenwerkzeugen ist der sichere Spänefluss auch bei größeren Durchmessersprüngen sicherzustellen. Für die Nockenwellenlagergasse sind MAPAL Führungsleistenwerkzeuge die prozesssichere Lösung für höchste Qualitäten. Hier müssen neben den Schneiden auch die Führungsleisten optimal mit Aerosol versorgt werden. Zusätzlich ist die adäquate Prüfung der Werkzeuge hinsichtlich der optimalen Versorgung mit Aerosol an die Funktionsflächen von entscheidender Bedeutung. Durch Know-how und Erfahrung in der Auslegung und Prüfung von Bearbeitungen mit MMS hat MAPAL eine hohe Kompetenz auf diesem Gebiet erworben.
 
Fazit
Die Verbesserung der Energieeffizienz in Zerspanungsprozessen ist ein zentrales Thema bei der Prozessentwicklung. Zukünftige Maschinengenerationen werden sicher große Verbesserungen bringen. Die vorgestellten Werkzeugkonzepte können jedoch auch auf bestehenden Anlagen nachhaltig positive Effekte im Hinblick auf die Energieeffizienz erzielen

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