Studer: Optimierte Kühlmittelzufuhr Schleifprozesse exakt bedarfsgerecht kühlen

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Deutlich effizienter versorgt das von Studer jüngst verwirklichte Kühlkonzept Smartjet-Schleifscheiben mit Kühlschmierstoff. Schleifer profitieren von vermindertem Energie- und Kühlmittelverbrauch sowie von kürzeren Rüstzeiten.

Einen wesentlichen Anteil am gesamten Energie- und Wasserbedarf beim Schleifen verursacht die Kühlschmierung. Allerdings sind Fertigungsbetriebe aktuell mehr denn je gefordert, den Verbrauch zu vermindern. Sie müssen Ressourcen schonen sowie mögliche Schäden und eine Gefährdung der Umwelt minimieren. Deshalb haben Spezialisten beim Maschinenhersteller Studer ein Konzept entwickelt, den Bedarf und somit den Verbrauch an Kühlschmiermittel deutlich zu vermindern.

Geregelte Kühlung

Wesentliches Kriterium ist, Kühlmittel nur an den erforderlichen Positionen und in der benötigten Menge zuzuführen. Dafür haben die Experten in Thun ein ausgeklügeltes Düsendesign und ein optimiertes Leitungssystem mit der individuell zur Maschine passenden Pumpe verwirklicht. Ergänzt haben sie diese Komponenten mit Sensorik und einer Steuerungssoftware. Letztere führt automatisch die Düsen an die optimalen Positionen über der Schleifscheibe und stellt die jeweils abgestimmte Menge an Kühlmittel ein. Damit entfällt, dass Maschinenbediener die Düsenposition und den Volumenstrom manuell einstellen und somit häufig eher ineffizient Kühlmittel zuführen.

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Angepasste Mengen zuführen

Um die jeweils exakt passenden Mengen an Kühlmittel zuzuführen, arbeitet die Kühlmittelanlage Smartjet mit einer frequenzgesteuerten Pumpe in Verbindung mit einer Staudruck-Messeinheit. Über ein optimiertes Leitungssystem gelangt das Kühlschmiermittel aus dem Tank über ein Verteilerstück zu den strömungsoptimierten und nachführbaren Düsen an die Schleifscheibe. Dort misst ein Sensor den Staudruck vor dem Verteiler. Die Software berechnet anhand zahlreicher Parameter die Austrittsgeschwindigkeit des Kühlmittels angepasst für sämtliche Verfahrensschritte, wie Schruppen, Schlichten oder Feinschlichten. Bei niedrigem Energieverbrauch der Pumpe wir das Kühlmittel bei hohem Druck und somit bei hoher Austrittsgeschwindigkeit aus der Düse auf die Schleifscheibe gebracht. Dazu erläutert Martin Habegger, der das Projekt optimierter Kühlung beim Maschinenhersteller betreut: «Der Kühlmittelstrahl ist punktgenau, kohärent und reproduzierbar. Bei Wirkungsgrad, Prozesssicherheit und Effizienz setzt unser Kühlsystem Smartjet in der Branche neue Massstäbe.» Auch die Störungen des Kühlmittelstrahls durch den sogenannten Scheibenwind vermeidet das innovative Kühlsystem. Der Kühlmittelstrahl wird in Intervallen kurz unterbrochen. So kann der Scheibenwind in den «Lücken» entweichen, ohne den Kühlmittelstrahl zu behindern. Zudem hat das Kühlmittel eine deutlich höhere Austrittsgeschwindigkeit verglichen mit bisherigen Kühlmittelzufuhrsystemen.

High-Tech-Düsen generativ gefertigt

Wesentlich tragen die speziellen Düsen zum effizienten Zuführen des Kühlschmiermittels bei. Sie werden beim Schwesterunternehmen IRPD in St. Gallen im 3D-Druckverfahren gefertigt. Im Inneren der stromlinienförmig ausgebildeten Düsen befinden sich mehrere parallel verlaufende Kanäle. Sie leiten das Kühlschmiermittel gleichmässig über die gesamte Breite der Düse verteilt und somit über die gesamte Schleifscheibe zu. Bei Bedarf kann das hinter der Düse angeordnete Verteilerstück mehrere Düsen in einer Reihe aufnehmen. Mit einem Schnellwechselsystem ausgestattet ist das System als Baukastenlösung konzipiert, bei dem sich einzelne Komponenten im Handumdrehen unterschiedlich kombinieren lassen. Somit können die Düsen individuell angepasst werden. Das betrifft beispielsweise den Düsenquerschnitt. Dazu sagt Martin Habegger: «Als Maschinenhersteller konnten wir das gesamte Kühlsystem vom Anfang bis zum Ende planen, integrieren und alle Komponenten aufeinander abstimmen und optimieren. Somit sind wir im Vorteil verglichen mit Unternehmen, die allein Düsen entwickeln. Düsen allein sind nicht smart. Es ist das ganze Konzept.»

In Steuerung integriert

Als besonders günstig für die Maschinenbediener erweist sich die Integration des Kühlmittelsystems in die CNC-Steuerung der Schleifmaschine. Als Standard steht das ausgeklügelte Assistenzsystem bereits für die Rundschleifmaschinen S36 zur Verfügung. Diese ist mit der Hard- und Softwarearchitektur C.O.R.E. ausgestattet, die in allen Maschinen des Unternehmensverbunds United Grinding eingesetzt wird. Auf einem grossen Touch-Display führt die Software den Bediener intuitiv mit dem Einrichtungsassistenten beim optimalen Konfigurieren der Düsen zum jeweiligen Werkstück. Beim Bearbeiten zeigt die Software sämtliche relevanten Informatio­nen. Dabei haben Schleifende die Wahl zwischen einer automatischen oder einer manuellen Nachführung der Düsen. Einstellungen für unterschiedliche Werkstücke lassen sich speichern. Somit stehen sie bei Wiederholaufträgen zur Verfügung. Als weiteren Vorteil erläutert Martin Habegger das automatische Positionieren beim Wechsel von Werkstücken und längeren Arbeitspausen: «Nach dem Schleifen tropft immer noch für eine Weile Kühlschmiermittel auf die Schleifscheibe, was mit der Zeit zu Unwucht führen kann. Üblich werden die Düsen manuell weggebogen. Dabei geht aber die optimale Position verloren und muss wieder manuell eingestellt werden. Beim gesteuerten, automatisierten Kühlsystem Smartjet können Schleifer die Düsen einfach mit der Softwaresteuerung einige Millimeter von der Scheibe wegbewegen und vor der nächsten Anwendung auf Tastendruck erneut punktgenau in Stellung bringen.» Wie er weiter berichtet, zeigen erste Erfahrungen bei Schleifbetrieben, dass das innovative Kühlmittelsystem den Bedarf an Wasser um 40 Prozent und an Energie um bis zu 50 Prozent reduziert. Demnächst soll das System auch für weitere Schleifmaschinen des Thuner Herstellers verfügbar sein. - kmu - SMM

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