Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Hochdruckpumpen für Kühlschmierstoffe senken Produktionskosten

03.09.2008
Die Zufuhr von Kühlschmierstoffen im Zerspanungsprozess wurde lange als notwendiges Übel angesehen, das durch Entwicklungen in Richtung Minimalmengenschmierung oder sogar trockener Zerspanung umgangen werden sollte. Mittlerweile hat man aber erkannt, dass durch moderne Systeme zur Hochdruckeinspritzung von Kühlschmierstoffen enorme Effizienzpotenziale erschlossen werden können.

Den Pumpensystemen kommt eine Schlüsselposition bei der Minimierung der Gesamtkosten eines Fertigungssystems zu. Hohes Leistungsvermögen, lange Lebensdauer und hohe Verfügbarkeit sind die entscheidenden Erfolgsfaktoren.

Kein Tieflochbohren ohne Kühlschmierstoff

Modernes Tieflochbohren ist ohne Kühlschmierstoff nicht denkbar. Hochdruckzufuhr ist notwendig, um das Medium durch die engen Kühlkanäle der Bohrer zu treiben und die Späne aus der Bohrung zu waschen. Neue Werkzeuge und angepasste Pumpensysteme mit mehr als 100 bar Förderdruck erlauben immer kleinere Verhältnisse von Durchmesser zu Länge der Bohrer und ermöglichen so neue konstruktive Lösungen in der Metallverarbeitung.

Beim Fräsen ermöglicht die Hochdruckzufuhr durch innengekühlte Werkzeuge höhere Schnittgeschwindigkeiten und verbessert die erzeugten Oberflächen durch das Vermeiden von Überschneiden von Spänen.

Enorme Steigerungsmöglichkeiten bei Schnittgeschwindigkeiten sind beim Drehen zu erreichen. Extrem hohe Schnittgeschwindigkeiten führen normalerweise wegen der Bildung einer Gasbarriere zu Thermoschocks. Ausgelöst wird dies durch das Sieden des Kühlschmierstoffs. Diese Gasbarriere kann mit Hochdruckpumpen durchbrochen werden.

Hochdruckpumpen verhindern die Bildung von Gasbarrieren

Beim Schleifen muss die Kühlschmierstoffzufuhr mit Geschwindigkeiten deutlich über der Umfangsgeschwindigkeit der Schleifscheiben erfolgen, um auch hier bei sehr hohen Schnittleistungen entstehende Gaspolster zu durchbrechen. Hochdruckzufuhr wird insbesondere auch dazu genutzt, die Schleifscheiben von Material freizuspülen und damit die Schneidfähigkeit zu erhalten.

In der modernen Produktion müssen Kosteneinsparungen bei immer weiter reduzierten Losgrößen und hoher Flexibilität erzielt werden. Flexible Fertigungszentren können hier mit minimalen Rüstkosten punkten und werden immer häufiger mit Hochdruckpumpen ausgestattet. Dies alles sind Gründe, warum das Wachstumspotenzial für Hochdruckpumpen überdurchschnittlich ist, während Niederdruckpumpen der Marktentwicklung bei Werkzeugmaschinen folgen oder teilweise sogar verdrängt werden.

Überdurchschnittliches Wachstumspotenzial für Hochdruckpumpen

Nicht nur im Automobilbau setzt sich die Forderung nach Minimierung der TCO (Total Cost of Ownership) bei Werkzeugmaschinen immer mehr durch. Zusätzlich zu den Anschaffungskosten werden die Verfügbarkeit und der Wartungsaufwand bei vergleichbarer Leistung immer wichtiger.

Weil Hochdruckpumpen für Kühlschmierstoff als Komponenten immer bedeutender werden, stellt sich insbesondere die Frage nach der MTBF (Mean Time Between Failures), also nach planbarer Wartung und nach den Instandhaltungskosten. Punkten können die Lieferanten auch mit hohem Wirkungsgrad, um Energiekosten und den Aufwand für Kühlung zu senken. Führende Pumpentechnik macht sich weiterhin in der Reduzierung des Aufwandes für die Filtrierung und weiterer Systemkomponenten bemerkbar.

Nicht zuletzt sind ein guter Service und eine optimale technische Beratung unabdingbar. Die starke Globalisierung des Werkzeugmaschinenmarktes fordert dabei weltweite Verfügbarkeit und ein entsprechendes Servicenetz.

Schraubspindelpumpen für Hochdruckzufuhr von Kühlschmierstoffen am besten

Aufgrund ihrer besonderen Kinematik sind Schraubenspindelpumpen für die Hochdruckzufuhr von Kühlschmierstoffen besonders geeignet. Sie besitzen eine große Toleranz gegenüber Partikeln, einen hohen Wirkungsgrad und sind insbesondere sehr pulsationsarm und leise. Bei hochwertigen Schleifprozessen werden die Pumpen auch bei niedrigeren Drücken bis 20 bar eingesetzt.

Die Pulsation von Kreiselpumpen kann optisch sichtbare Streifenformationen durch ungleichmäßige Kühlung des Prozesses erzeugen. Schraubenpumpen dagegen liefern einwandfreie Oberflächen.

Ein Beispiel für die Entwicklung von Schraubenspindelpumpen ist die Emtec-A von Allweiler. Ein Wirksystem mit hoher Druckstufenzahl erlaubt die Förderung von Öl-Wasser-Emulsionen, Schneidölen und Kühlschmierlösungen bis 130 bar bei Fördermengen bis zu 900 l/min. Die Pumpe ist serienmäßig mit einem hydrostatischen Schubausgleich ausgestattet, der die Verschleißkräfte der Spindeln gegeneinander minimiert. Spezielle Ausgleichsbuchsen nehmen die Laufspindeln dabei drucklos und schwingungsarm auf.

Die besondere Anordnung auf der Druckseite der Spindeln sorgt zudem für geringe Förderverluste und hohe Verschleißbeständigkeit der Ausgleichsstellen. Eine spezielle elastische Werkstoffkombination mit Oberflächenhärten von bis zu 1200 HV bei Spindeln und Laufgehäuse sorgt für eine lange Lebensdauer ohne die Gefahr von Sprödbrüchen oder Materialverbrennungen.

Verschleiß der Pumpe kündigt sich durch Druckabfall an

Dadurch sinkt die Empfindlichkeit gegenüber Lufteintrag, Schwingungen und Partikelausbrüchen im Vergleich zu herkömmlichen Produkten signifikant. Die Inbetriebnahme gestaltet sich einfach und die MTBF-Werte sind sehr groß. Plötzliche Ausfälle finden nicht statt, weil sich der Verschleiß der Pumpe durch einen langsamen Druckabfall ankündigt. Somit ist die Wartung bei entsprechender Überwachung und Schutz durch einen Polizei-Filter sehr gut planbar.

Die Hochdruckpumpe ist für den Tankaufbau mit dem Druckanschluss oberhalb des Tankdeckels konzipiert. Dadurch ist die Installation sehr einfach und ein Austausch kann in wenigen Minuten durchgeführt werden. Möglich ist auch die Trockenaufstellung mit einer Siliziumkarbid-Gleitringdichtung. Hierbei ermöglichen SAE-Flansche die einfache und leckagesichere Installation.

Neues Hochdruckpumpen-System kann Total Cost of Ownership (TCO) senken

Die vorhandenen Effizienzpotenziale ermöglichen eine TCO-(Total-Cost-of-Ownership)-Reduzierung beim Austausch bestehender Pumpensysteme. Im Druckbereich bis 30 bar kann der Ersatz von Kreiselpumpen eine Verringerung von 40% beim Energieverbrauch bei annähernd gleicher Lebensdauer bewirken.

In einem konkreten Fall wurden 8 statt 12 kW Motorleistung benötigt. Die Stromverbrauchskosten verringerten sich dabei um jährlich 2400 Euro.

Kolbenpumpen fallen in der Produktion oft durch hohe Druckpulsation und Lärm unangenehm auf. Sie erfordern zudem meist einen hohen Filtrationsaufwand und reagieren sehr empfindlich auf Störungen im Filtersystem. Nach dem Austausch gegen Emtec-Pumpen konnte die Produktion von Zylinderköpfen in einem großen Automobilwerk problemlos weitergeführt werden.

Presslufthammer-Effekt führte zum Totalschaden

Kolbenmembranpumpen sind deutlich unempfindlicher gegen Verschmutzungen als normale Kolbenpumpen. Hohe Belastung durch sehr feine Partikel hat aber auch bei ihnen zu vorzeitigen Ausfällen und Austausch geführt. Lufteintrag durch ungünstige Leitungsverlegung bewirkte zudem in einem Fall einen Presslufthammer-Effekt, der in manchen Fällen innerhalb weniger Stunden zum Totalschaden führte.

Zahnradpumpen sind im Normalfall besonders preiswerte Aggregate, die aber durch hohen Filtrationsaufwand geschützt werden müssen oder schnell verschleißen. Verbreitet ist dieser Typus besonders in Japan. Auch in diesem Bereich konnte die Zuverlässigkeit des Pumpensystems durch Austausch gegen Emtec deutlich erhöht werden.

Austausch vorhandener Schraubenpumpen kann Wartungsintervalle verlängern

Auch der Austausch vorhandener Schraubenpumpensysteme gegen Emtec kann die Betriebszeit zwischen den Instandhaltungen deutlich verlängern. Bei einem großen Automobilzulieferer werden bei hohen Zerspanungsleistungen und Drücken Aluminiumbauteile mit hohem Silizium-Anteil zerspant. Während der Vorgängertyp nur Lebensdauern von sechs Monaten erzielte, werden mit Emtec mehrere Jahre erreicht.

Schraubenspindelpumpen mit einer Gehäuseauskleidung auf PTFE-(Polytetrafluorethylen)-Basis sind sehr preiswert in der Herstellung. Im Betrieb werden jedoch abrasive Partikel in der Lauffläche eingelagert, die dann wie eine Schleifscheibe auf die Spindeln einwirken.

Zudem ist diese Konstruktion empfindlich gegen Trockenlauf und hohe Drücke bei niedrigen Viskositäten. Hier kann es zu Materialverbrennungen kommen. Aufgrund dieser Erfahrungen hat ein deutscher Werkzeugmaschinenbauer bereits komplett auf die Emtec-Technik umgestellt.

Vollhydrostatischer Schubausgleich verlängert die Lebensdauer der Schraubenspindelpumpen

Auch der Austausch von Schraubenspindelpumpen mit Gehäuseeinsätzen aus Siliziumkarbid hat schon Erfolge gezeigt. Ausschlaggebend sind die längere Lebensdauer der Emtec-Spindeln durch den vollhydrostatischen Schubausgleich und die Oberflächenbeschichtung. Das Laufgehäuse der Hochdruckpumpen ist außerdem sicher vor Sprödausbrüchen geschützt. Aufgrund des hohen Wirkungsgrades der Pumpe kann ein vorhandener Motor meist weiterverwendet werden.

In naher Zukunft wird eine intelligente Steuerung der Emtec-Pumpen den Verzicht auf Steuerventile und andere Komponenten ermöglichen. Eine flexible Anpassung an stark variierende Betriebspunkte sorgt für eine weitere deutliche Energieeinsparung und noch geringeren Kühlaufwand. Durch intelligentes Condition Monitoring wird außerdem die Wartung exakt planbar und kostenoptimiert.

Dipl.-Ing. Stefan Werner ist als Produkt- und Marktsegmentmanager zuständig für den Bereich Pumpen für Werkzeugmaschinen der Allweiler AG in 78314 Radolfzell; Dipl.-Ing. Sigbert Hahnewald betreut für das gleiche Unternehmen die Nutzer von Werkzeugmaschinenpumpen als Produkt- und Anwendungsspezialist vor Ort.

Stefan Werner und Sigbert Hahnew | MM MaschinenMarkt
Weitere Informationen:
http://www.maschinenmarkt.vogel.de/index.cfm?pid=1547&pk=142895

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Maschinenbau:

nachricht Flexible Fertigung von Elektromotoren für Fahrzeuge
06.09.2017 | Karlsruher Institut für Technologie

nachricht Gewicht von Robomotion-Greifer um 60 Prozent reduziert
31.07.2017 | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Maschinenbau >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Internationale Konferenz zum Biomining ab Sonntag in Freiberg

22.09.2017 | Veranstaltungen

Die Erde und ihre Bestandteile im Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

23. Baltic Sea Forum am 11. und 12. Oktober nimmt Wirtschaftspartner Finnland in den Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Lebendiges Gewebe aus dem Drucker

22.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Kleinste Teilchen aus fernen Galaxien!

22.09.2017 | Physik Astronomie

Physik-Didaktiker aus Münster entwickeln Lehrmaterial zu Quantenphänomenen

22.09.2017 | Bildung Wissenschaft