Eine innovative Werkzeugtechnik könnte nicht nur die Kantenbearbeitung, sondern auch andere Bearbeitungsprozesse entscheidend verbessern: Die sogenannten „innenabgesaugten Werkzeuge“ sorgen nicht nur für bessere Spanentsorgung, sondern auch für höhere Bearbeitungsqualität und niedrigere Kosten.
Am Lehrstuhl für Holz- und Faserwerkstofftechnik der TU Dresden wurden, im Rahmen eines mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen und die Deutsche Gesellschaft für Holzforschung geförderten Forschungsprojektes, Fräswerkzeuge mit einer neuartigen Spanführung entwi-ckelt.
Im Gegensatz zu den herkömmlichen Fräswerkzeugen, wo die Späne tangential nach außen weggeschleudert werden, gelangen die Späne bei den neuen Fräswerkzeugen über einen Spalt vor der Schneide selbstständig in das hohle Werkzeug und werden dann axial abgeleitet. In Zusammenarbeit mit dem Werkzeughersteller Leuco GmbH und der Homag Maschinenbau AG wurde dieses Spanführungsprinzip zur Anwendungs- und Serienreife entwickelt. Für diese Arbeit wurden die Beteiligten am 30.5. mit dem renommierten „Wilhelm-Klauditz-Preis für Holzforschung und Umweltschutz 2000“ des Vereins für technische Holzfragen (VTH) am Fraunhofer Wilhelm-Klauditz-Institut Holzforschung Braunschweig (WKI) ausgezeichnet.
Anlässlich dieser Preisverleihung fand im Juli am Lehrstuhl für Holz- und Faserwerkstofftechnik der TU Dresden ein Kolloquium zu dieser Thematik statt. Als Gäste waren unter anderem Dr.-Ing. H. J. Gittel und Dipl.-Ing. E. Westfal von der Firma Leuco sowie Wilhelm Kalmbach und Dipl.-Ing. R. Schieber von der Firma Homag anwesend.
Prof. i. R. Dr.-Ing. habil. Dr. h.c. R. Fischer sprach einführend über die Entwicklung der InChip (kurz „i-Werkzeuge“), deren Geschichte und Grundlagen. Er unterstrich die Kosteneinsparung bei Verwendung der InChip Werkzeuge durch Verringerung der Absaugleistungen, der Heizkosten sowie der Reinigungszeiten.
Dr.-Ing. Gittel wies, neben der deutlich niedrigen Span- und Staubbelastung durch die neuartigen Fräswerkzeuge, besonders auf die erheblichen Qualitätsverbesserungen beim Einsatz in Format- und Kantenbearbeitungsmaschinen hin. Beim Fräsen von kunststoffbeschichteten Holzwerkstoffkanten bleiben bei gewöhnlichen Fräswerkzeugen viele, z. T. noch mit nicht ausgehärtetem Leim behaftete Kunststoff-späne auf der Plattenoberfläche liegen, die beim Übereinanderstapeln der Platten zum Aneinanderkleben der Platten oder zu Eindrücken in die Oberflächen führen. Dies hat eine erhöhte Ausschussquote zur Folge und der Arbeitsaufwand beim Reinigen bzw. Nacharbeiten der Plattenwerkstoffe steigt an. Mit den neuen Fräswerkzeugen sind solche Probleme nicht mehr relevant. Damit werden die Reinigungszeiten wesentlich reduziert. Dipl.-Ing. E. Westfal ergänzte dazu, dass erst mit dem neuen Spanführungsprinzip die nahezu störungsfreie Funktion der Tastrollen-Systeme zur Werkzeugführung beim Formfräsen möglich wurde. Hier kann aufgrund der Arbeitsbewegung keine Spanhaube, direkt um das Werkzeug herum angebracht werden. Bei den herkömmlichen Werkzeugen wird deshalb nur ein geringer Teil der abgefrästen Späne erfasst. Die Tastrollen setzen sich hierbei sehr schnell mit den liegengebliebenen Spänen und Klebstoffresten zu und erkennen damit die Oberflächenkontur nicht mehr korrekt, was sich negativ auf die Bearbeitungsqualität auswirkt.
Wilhelm Kalmbach sprach über den Einbau sowie den Einsatz der neuen Werkzeuge in Homag-Maschinen der Baureihen Optimat, profi line und power line. Seine Erfahrungen aus Feldversuchen bei mehreren Anwendern bestätigen die genannten Vorteile der InChip Werkzeuge. Der Spanerfassungsgrad beträgt, je nach Kantenform und -material, bei ABS/PP-Kanten mit Radius mehr als 95 % und bei Papier-/ Melaminkanten (0,3 mm Dicke) mit Fase mehr als 90 %.
Die Zeitersparnis allein beim Maschinenservice und für die Reinigung wurde hier mit ca. 50 % angegeben.
Übereinstimmung gab es bei allen „Testern“ auch bezüglich der konstanten Werkstückqualität. Weniger Ausschuss sowie ein größerer Werkstückdurchsatz tragen nachhaltig zur Senkung der Fertigungskosten bei.
Dipl.-Ing. Oertel stellte anhand von Versuchsmustern den Werdegang dieser Entwicklung an der TU Dresden dar. Im Anschluss an das Kolloquium wurden verschiedene Versuchseinrichtungen und Entwicklungen des Lehrstuhls besichtigt. An einer Tischfräsmaschine wurde unter anderem ein Werkzeug mit innerer Spanabführung vorgeführt, das ohne Absaugung ca. 98 % der Späne erfasst und ableitet.
Die „InChip“-Vorteile auf einen Blick
Zusammengefasst haben die neuen InChip Werkzeuge folgende Vorteile:
• Die Bearbeitungsqualität verbessert sich aufgrund der nahezu vollständigen Erfassung von Spänen und Klebstoffresten deutlich (störungsfreier Tastrollenlauf und keine Ablagerung auf der Plattenoberfläche). Deswegen fallen weniger fehlerhafte Teile und weniger Nacharbeit an.
• Der zeitliche Aufwand für Wartung und Reinigung der Maschinen verringert sich um etwa die Hälfte. Im Zwei-Schicht-Betrieb kann so beispielsweise mindestens eine Stunde täglich länger produziert werden.
• Die kinetische Energie der Späne wird zur Spanentsorgung mit genutzt. Es sind geringere Strömungsgeschwindigkeiten notwendig (ca. 70 %). Die Span- und Staubemission wird ohne aufwendige Absaugtechnik und ohne hohe Luftdurchsätze auf ein Minimum reduziert. Damit ist eine bedeutende Kosteneinspa-rung bei der Anschaffung und Betrieb der Absauganlage sowie bei der Frischluftheizung im Winter möglich (kleinere Rohrquerschnitte, Lüfter und Filter geringere Absaugleistung). Geht man davon aus, dass die Betriebskosten einer Absauganlage mit einer Förderleistung von 100 000 m/him dreischichtigen Betrieb bis zu 100 TDM im Jahr betragen können, so lassen sich durch konsequenten Einsatz der neuen Technik mit geregeltem Ventilator 10 – 20 TDM bei Verbesserung der Arbeitsbedingungen und Erhöhung der Bearbeitungsqualität einsparen.
• Die Senkung der Strömungsgeschwindigkeit in den Absaugleitungen trägt außerdem zu einer Lärmminderung im Arbeitsbereich bei.
• Durch den Wegfall von umlaufendem Zerspanungsgut tritt keine Doppelzerspanung an der Werkzeugschneide auf, der Verschleiß nimmt ab.
• Bewegte Maschinenteile (Vorschub- und Zustellaggregate) nutzen sich wegen der geringeren Span- und Staubbelastung weniger ab.
• Die neuen InChip Werkzeuge können mit niedrigem energetischen Aufwand und mit geringen Lärm- und Staubemissionen Massivholz, Holzwerkstoffe sowie Kunststoffe mit besserer Qualität bearbeiten, als dies mit den herkömmlichen Fräsern der Fall ist. Sie können damit einen großen Beitrag zu wirtschaftlicherer Fertigung leisten. o
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