Pumpen für die Aufbereitung von Kühlschmierstoff (KSS) für die Zerspanung benötigen bis zu 24 Prozent der Gesamtenergie eines Zerspanprozesses. Die Implementierung einer volumenstrombasierten Kühlschmierstoffzufuhr birgt das Potenzial, den Energieverbrauch signifikant zu reduzieren und gleichzeitig eine hohe Zerspanleistung zu gewährleisten. In Kooperation mit der Industrie erforscht das Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) der Leibniz Universität Hannover daher, welche Energieeinsparpotenziale beim Drehen mit der Volumenstromregelung realisierbar sind.

Für die Sicherstellung der Leistungsfähigkeit von Zerspanprozessen ist die Verwendung einer Kühlschmierstoffzufuhr oft unabdingbar. Diese sorgt sowohl für die Wärmeabfuhr als auch für die Schmierung zwischen Werkzeug und Span. Dies führt zu einem geringen Werkzeugverschleiß und zu hoher Oberflächengüte. Im industriellen Standard wird dabei häufig eine Hochdruckinnenkühlung genutzt. Für die Aufbereitung des dafür notwendigen Drucks werden Pumpen eingesetzt, die unter hohem Energieaufwand das Kühlmedium der Wirkzone zuführen. In vorangegangenen Forschungsprojekten konnte gezeigt werden, dass diese Pumpen bis zu 24 Prozent der Gesamtenergie von Zerspanprozessen ausmachen.

Doch sind so hohe Drücke und die damit verbundenen Energieaufwände überhaupt nötig, um leistungsfähige Zerspanprozesse zu realisieren? Diese Frage hat sich das IFW in Zusammenarbeit mit der Firma DMG MORI gestellt. In einem ersten Forschungsvorhaben wurde daher eine neuartige Kühlschmierstoffzufuhr für Bohr- und Fräsoperationen implementiert. Dieses System basiert auf einer Volumenstromregelung des zugeführten Kühlschmierstoffs. Schon geringfügige Reduktionen des Volumenstroms bewirken einen signifikanten Druck- sowie Energieabfall. Diese Zusammenhänge wurden in der im Projekt entwickelten Volumenstromregelung genutzt: Der Energieaufwand konnte dadurch um bis zu 90 Prozent reduziert werden, ohne die Leistungsfähigkeit zu beeinträchtigen.

In einem weiteren aktuellen Projekt des IFW mit DMG MORI wird die adaptive Kühlschmierstoffzufuhr für verschiedene Drehoperationen implementiert und es werden die energetischen Einsparpotentiale quantifiziert. Dazu werden zunächst Pumpenkennlinien aufgenommen, die die drei Zustandsgrößen Volumenstrom, Druck und benötigte Pumpenenergie beleuchten. Auf Basis dieser Kennlinien werden verschiedene Volumenströme beim Außenlängsdrehen, Einstechdrehen und Innendrehen appliziert und der Werkzeugverschleiß sowie die Oberflächengüte ausgewertet. Diese Ergebnisse sind Grundlage für die Bewertung der Prozesse hinsichtlich ihres Energiebedarfs und der Leistungsfähigkeit. „Die Umsetzung der im Forschungsprojekt ermittelten spezifischen Volumenströme für die unterschiedlichen Prozesse in der Praxis, tragen wesentlich zur Realisierung nachhaltiger Zerspanprozesse bei“, erläutert IFW-Mitarbeiter Florian Schaper.