Effiziente Zerspanungstechnologien im Fokus

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1 1 Effiziente Zerspanungstechnologien im Fokus u

2 2 Einleitung Energieeffizienz

3 Einleitung 3 Energieeffizienz Energetischer Endverbrauch elektrischer Energie in Österreich EU-Staaten [Quelle: BMWFW] [Quelle: Schätzung 2011: 4,5 Millionen Werkzeugmaschinen in EU-27 Staaten mit 300 TWh/Jahr

4 HSI- HV HSI- LV HSI- HV HSI- LV HSI- HV HSI- LV HSI- HV HSI- LV HSI- HV HSI- LV HSI- HV HSI- LV 4 Einleitung Leistungsmessung zur Ermittlung des Energiebedarfs L 1 L 2 Frequenzumrichter I 1 I 2 Motor L 3 I 3 3x Rogowskispulen 3x Strommesszangen U 1 U 2 U 3 6x Spannungsmessung Dewetron Messgerät

5 5 Versuche Energiebedarf Werkzeugmaschinen Schaltschrank Frässpindel Hauptspindel Werkzeugwechsler Hydraulik [Quelle: Emco]

6 Beginn CNC Programm Ende CNC Programm 6 Versuche Energiebedarf Werkzeugmaschinen P/W Plandrehen Stufen Längsdrehen Werkzeugwechsel Zentrierbohrer Zentrierbohrung Werkzeugwechsel Spiralbohrer Ø14.5mm betriebsbereit Bohren Periodische Schwankungen Kühlung 0 Grundlast (Standby) t/s

7 Versuche 7 Energiebedarf Werkzeugmaschinen Drehbearbeitung: Stufe Schnitttiefe a p in mm Zeitspanvolumen V in mm 3 /s Volumen V in mm 3 Energiebedarf E gesamt in kj , ,4 3 4, , , , , ,2 8 0, ,2

8 Versuche 8 Energiebedarf Werkzeugmaschinen X2-Achse 2,0% Z2-Achse 1.4% Z1-Achse 1,7% X1-Achse 2,3% 1. Kühlmittelpumpe 5,7% 2. Kühlmittelpumpe 6,6% Werkzeugmagazin 0,4% Hauptspindel 30,1% Sonstige Komponenten 30,5% Kühlaggregat 7,4% Hydraulikpumpe 10,4% B-Achse 0,3% Frässpindel 0,6% Werkzeugwechsler 0,7%

9 Versuche 9 Energiebedarf spanende Fertigungsprozesse Fräsen Prozessstrategie Werkzeug v c : m/min a p : 3,0 mm f z : 0,13-0,9 mm Kühlmittel 80 bar oder Druckluft 6 bar 4 Prozessstrategien 4 Werkzeuge Drehen Prozessparameter Werkstoff v c : m/min a p : 0,5-5,0 mm f : 0,15-0,6 mm 42CrMo4 Standard/ESU 18CrNi8 Standard/ESU 172 Versuche je Werkstoff Bohren Werkzeugverschleiß Werkstoff v c : 70 m/min a p : 3,0 mm v f : 70 mm/min 42CrMo4 Standard/ESU 18CrNi8 Standard/ESU 19 Bohrungen je Werkstoff Ø 90 60

10 Versuche 10 Energiebedarf spanende Fertigungsprozesse Fräsen Energiebedarf Bearbeitung E Bearbeitung in kj Energiebedarf Kühlung E Kühlung in kj Energiebedarf gesamt E gesamt in kj 1. Strategie 3620,50 218, ,6 2. Strategie 3779, , ,3 3. Strategie 3674, , ,6 4. Strategie 3295, , ,6

11 Versuchsmatrix Versuche 11 Energiebedarf spanende Fertigungsprozesse Drehen 172 Versuche je Werkstoff a p : 1,0-5,0 mm f: 0,15-0,6 mm 43 Versuchspunkte je Schnittgeschwindigkeit neues Werkstück neues Werkzeug 42CrMo4 Standard/ESU v c : 150,190, 240, 280 m/min 18CrNi8 Standard/ESU v c : 200, 240, 280, 320 m/min

12 Versuche 12 Energiebedarf spanende Fertigungsprozesse Drehen 42CrMo4 Standard v c 150 m/min längste Versuchsdauer 30,87 kj Beispielbetrachtung: einmal Prozess a p 2 mm, f 0,6 mm: 21,30 kj zweimal Prozess a p 1 mm, f 0,6 mm: 2x20,58 kj = 41,16 kj höchster Vorschub kleinste Schnitttiefe 20,58 kj

13 a p in mm Versuche 13 Energiebedarf spanende Fertigungsprozesse Drehen 42CrMo4 6 Übergang Fließ-/Scherspan 42CrMo4 Standard Übergang Fließ-/Scherspan 42CrMo4 ESU Prozessfenster 42CrMo4 Standard Prozessfenster 42CrMo4 ESU 1 Grenzen der Versuchsmatrix 0 f in mm

14 a p in mm Versuche 14 Energiebedarf spanende Fertigungsprozesse Drehen 18CrNi8 6 Übergang Fließ-/Scherspan 18CrNi8 Standard Übergang Fließ-/Scherspan 18CrNi8 ESU Prozessfenster 18CrNi8 Standard Prozessfenster 18CrNi8 ESU Grenzen der Versuchsmatrix 0 f in mm

15 9. Bohrung 9. Bohrung 3. Bohrung 3. Bohrung 1. Bohrung 1. Bohrung Versuche 15 Energiebedarf spanende Fertigungsprozesse Bohren 42CrMo4 42CrMo4 Standard 42CrMo4 ESU Führungsfase Führungsfase Eckfase Führungsfase Hauptschneide Hauptschneide Eckfase Führungsfase Hauptschneide Hauptschneide

16 19. Bohrung 19. Bohrung 9. Bohrung 9. Bohrung 1. Bohrung 1. Bohrung Versuche 16 Energiebedarf spanende Fertigungsprozesse Bohren 18CrNi8 18CrNi8 Standard 18CrNi8 ESU Eckfase Eckfase Hauptschneide Hauptschneide Eckfase Führungsfase Hauptschneide ( ) Eckfase Führungsfase Hauptschneide

17 Ausblick 17 Weiterentwicklung

18 18 Effiziente Zerspanungstechnologien im Fokus u