Bei Strukturbauteilen im Flugzeugbau fliegen ordentlich die Späne - ein Zerspanungsgrad von bis zu 95% ist keine Seltenheit. Um eine hohe Prozesssicherheit zu gewährleisten, müssen die Fertigungsspezialisten - etwa bei der Fertigung der rund 30 Meter langen Flügelstruktur des Airbus´ A380 ein wachsames Auge auf die Späneabfuhr und Kühlung haben. Wer das beherrscht, kann auch heute noch zusätzliche Kostensenkungen realisieren.

Typischerweise schenkt man dem Thema Spanabführung und Schneidenkühlung nur bei der Festlegung von Schneidwerkzeugen für einen bestimmten Fertigungsprozess Bedeutung. Im Grunde genommen ist sehr oft die allgemeine Wahrnehmung, dass dieses Thema einzig die Angelegenheit des Maschinenbedieners, Betriebsmeisters oder vielleicht noch des Einkauf sei. Fehlanzeige, darf man sagen. Denn dieses anspruchsvolle Spezialistenthema hat Auswirkungen bis in die Fabrikplanung, das technische sowie Finanz-Management hinein. Bei sorgfältiger Betrachtung und Analyse, wird man feststellen können, dass es auf der Prioritätenliste für Kostensenkungsmaßnahmen in der Produktion sehr schnell zu den Favoriten gehören kann.
“Dass das keinesfalls eine euphorische Einschätzung ist, weil man in der Branche arbeitet, sondern eine belastbare Aussage ist”, verdeutlicht Wiel Kroonen, Managing Director von Mayfran Europe und UK anlässlich der Eröffnung der englischen Mayfran Niederlassung in Bury. “Eine Studie der DaimlerChrysler AG” so Kroonen, “zeigte, dass die Zerspanung in der Automobilindustrie zwischen 7 und 17 % der Produktionskosten ausmacht.” Eine Größenordnung, die man selbst wenn man in der Branche ´an der Schneide´ über Jahre hinweg tätig ist, gefühlsmässig so nicht spontan unterschreiben würde, weil sie einem sehr hoch vorkommt.
Kroonen war auch durch die Studie bestärkt worden, dass die genauere Analyse der Prozesse und technischen Lösungen für das Kühlungs- und Spänemanagement im betrieblichen Alltag ein zielführender Lösungsansatz für die Luft- und Raumfahrtindustrie sein würde - er ist es Wert, hocheffektive und integrative Systemlösungen für den anspruchsvollen Markt anbieten zu können.
Bekanntermassen werden in der Branche Werkstücke bearbeitet, bei denen bis zu 95 % des Materials in Form von Spänen abgetragen wird. Man denke hier beispielsweise an Spanten, bei denen die Späne förmlich wie ein prasselnder Regen auftreten, kontinuierlich und zuverlässig abgeführt werden müssen. Verbunden mit einer Kühlung, die das Schneidwerkzeug entlastet, damit die konstante Schneidleistung über die vorgesehene Einsatzzeit des Schneidwerkzeugs erbracht wird. Nicht zu vergessen, die zwangsläufig entstehenden Kosten für den Kühlschmiermitteleinsatz. Hier ist es nicht alleine das Fluid, sondern auch der ganze “Apparat”, der eingesetzt werden muß, um das Mittel zu reinigen, aufzbereiten und wieder in Kreislauf zu befördern, damit es seine Aufgabe optimiert versieht.
Das heisst, Schneidwerkzeuge optimal zu kühlen und die entstehenden Späne kontinuierlich abzuführen, bedeutet, den Umgang mit den Spänen und den Kühlmitteln als übergeordneten betrieblichen Prozess zu verstehen, bei dem naheliegenderweise die Frage des Umweltschutzes und der Betriebssicherheit wesentliche Bestandteile sind. Es ist ein Themenfeld, das demzufolge akribisch geplant und gemanaged werden muss.
Ein Gefühl für die Bedeutung des Themas entwickelt man, wenn man vereinfacht ausgedrückt, den Weg von der Werkzeugschneide rückwärts, bis zur Späneabtransport, beziehungsweise Aufbereitung und Entsorgung des Kühlschmiermittels betrachtet.
Gleichgültig, ob man mit einem Messerkopf mit 250 Millimetern oder mehr Durchmesser, der mit zig Hartmetallplatten ausgestattet sein kann und mit hunderten Metern pro Minute Schnittgeschwindigkeit an den Schneiden Material abträgt, oder der Bohrer mit wenigen Millimetern Durchmesser, der ein tiefes Sackloch präzise bohren muß, die Kernaufgabe bleibt die selbe: Späne zuverlässig abtransportieren und die Schneide optimal kühl zu halten.

Betrachtet man den Messerkopf in seinem Element, dann wird schnell deutlich, dass hier bei Spanabfuhr ohne weiteres von zig Kilogramm pro Stunde gesprochen werden kann. Bei großflächigen Bauteilen, in seiner vollen Breite und mit sozusagen “ordentlicher Fussgängergeschwindigkeit” arbeitet er sich durch das Material, das im Nu Spanform abnimmt und abgetragen werden muss. Der Strahl des Kühlschmiermittels hat dabei nicht alleine die Aufgabe, die Temperatur der Schneiden in Grenzen zu halten und dafür zu sorgen, dass die Flüssigkeit den Spanabfluss unterstützt, sondern auch die winzig kleinen Partikel, die zwangsläufig beim Schneidprozess auftreten, zu binden und letztlich abzuführen. Zudem, in der Luft wären die winzigen Staubpartikel nicht gerade förderlich für das Arbeitsklima…
Das neben der grundsätzlichen technischen Forderung, dass ein Werkstück durch den Schneidprozess auch nicht lokal zu sehr erhitzt wird, was möglicherweise zur Schädigung durch Gefügeveränderungen führen könnte und das Teil zerstören würde. Also auch hier die klare Massgabe, kontinuierlich kontinuierliche Leistung sicherstellen zu müssen - Stichwort Prozesssicherheit.
Wendet man sich kurz dem Bohren des erwähnten Sacklochs zu, dann kommt es hier darauf an, dass die Späne richtig brechen, nicht zu lang werden, und idealerweise im Rückfluß des Kühlschmiermittels abtransportiert werden. Im Sinne optimaler Arbeitsprozesse bedeutet das natürlich auch, nicht zu viel und nicht zu wenig Kühlschmiermittel zu verwenden.
Generell gesprochen, verwendet man zu viel dieses Fluids, dann können sich förmlich ölige Nebel um die Maschine herum oder gar in Räumlichkeiten bilden, die die Luftqualität direkt verschlechtern. Manch eine Lüftungsanlage - aus eigener Anschauung durchaus bei dem ein oder anderen Zulieferbetrieb anzutreffen - ist dann überfordert und sorgt unnötigerweise für wirklich dicke Luft.
Der nächste Schritt, auf “Maschinenebene” betrachtet, gestaltet sich derart, dass das Kühlschmiermittel an der Maschine zurückgeführt und aufbereitet wird, oder, dass es an ein System für mehrere Maschinen angeschlossen ist. Gleiche Lösungsprinzipien gelten für die Späneabfuhr. Hier werden die Späne durch Rohrsysteme von den Maschinen ausgehend abgesaugt, zentral gesammelt, gereinigt und für die Abholung durch den Wiederverwerter des Späneschrotts vorbereitet.
In den meisten Fällen jedoch, sind die Umlauflösungen für Kühlschmiermittel, die direkt an den Maschinen stationiert, zu finden. Hier wird das Fluid durch mechanische Separatoren so gereinigt, dass es zuverlässig in einem Kreislauf eingesetzt werden kann.
Mayfran führt speziell für die Kühlschmiermittelaufbereitung ein kontinuierlich arbeitendes mechanisches Abscheidersystem im Programm, das nach dem Prinzip arbeitet, die kleinsten Partikel in einem umlaufenden Flies aufzufangen, abzustreifen und für die Entsorgung zu sammeln. Aus mechanischer Sicht ist dieses System für die meisten Anwendungen ausreichend, da die festen Bestandteile soweit  entzogen, dass das Kühlschmiermittel aus technischer Sicht seinen Zweck erfüllt.
Im Bereich der Spänemanagement-Systeme bietet Mayfran in seinem Produktprogramm unterschiedlichste Lösungen sowohl für die Maschinen-gebundene wie auch zentrale Systeme und für die unterschiedlichen Betriebsstrukturen sowie Anlagengrößen.
Zwei elementare Schritte bei der Aufbereitung sind, die Späne von Fluidresten weitesgehend zu befreien und die Kühlschmiermittel für den Prozess soweit kontinuierlich aufzubereiten, dass Feststoffe bis zu einer bestimmten Größe abgeschieden werden und die chemisch-physikalischen Eigenschafen beim Werkzeugzufluss sicher in den vorgegebenen Grenzen bleiben.
Bei den Spänen ist übrigens für den Controller oder Finanzer im Unternehmen interessant, dass sie auf Grund der deutlich anziehenden Altmetallpreise bares Geld bedeuten. Wer hier sicher stellen kann, dass der Maximalanteil von Flüssigkeiten, sprich Fremdstoffen, an der Gesamtmasse des Späneschrotts kleiner oder gleich 2,5% ist, der bekommt dafür den Marktpreis. Bei höheren Feuchtigkeitsanteilen erfolgen Abschläge beim Ankauf. Was Späne an sich auch noch interessant machen, ist die Tatsache, dass sie von ihrer Legierung her präzise bekannt sind, somit in der folgenden Aufbereitung für die Verwerter besser zu klassifizieren sind. So verknüpft sich das technische betrachtete Spänemanagement mit dem Finanzwesen im Unternehmen.
Mayfran liefert für diesen Zweck unterschiedlich dimensionierte Zentrifugen, die für die Spänebereitung eingesetzt werden und zudem den Anteil an rückführbarem Kühlschmiermittel, beziehungsweise Verunreinigungen erhöhen. Was im ersten Moment vielleicht wie “ein Liter hier, ein Liter da” erscheinen mag, summiert sich über das Finanzjahr eines Unternehmens hinweg zu nicht unerheblichen Mengen, damit Kosten. Die Baugrößen reichen von kleinen Apparaten, die auf einem Schreibtisch Platz finden würden, bis hin zu Schrank-großen Systemen.
Geht man bei der Betrachtung nun auf die Ebene der gesamten Produktion, die idealerweise voll synchronisierte Prozesse vereint, dann wird bei dem Einsatz der Systeme die grundsätzliche Entscheidung sein, lokale Lösungen an den einzelnen Maschinen oder eine zentrale Anlage einzusetzen. Eine Antwort rein kostentechnisch herzuleiten, wäre sicherlich nur unzureichend.
Was für die lokalen Systeme spricht, ist, dass man sie mit verhältnismässig geringem Aufwand direkt an andere Orte im Unternehmen versetzen kann. Für eine zentrale Späneentsorgung spricht, dass die Späne über Rohrsysteme angesaugt und an einen zentralen Ort transportiert werden. Damit wird der gesamte Umgang zentralisiert und erleichtert. Bei weitläufigen Fabrikationshallen heisst das aber auch, eine ausgeklügelte Rohrinfrastruktur zu installieren, die im Stande ist, die nötige Saugleistung an jedem Ort zu jeder Zeit sicher stellen zu können.
Damit wird der gesamte Umgang zentralisiert und erleichtert. Bei weitläufigen Fabrikationshallen heisst das aber auch, eine ausgeklügelte Rohrinfrastruktur planen zu installieren, die im Stande ist, die nötige Saugleistung an jedem Ort zu jeder Zeit sicher stellen zu können. Denn mit den langen Saugstrecken gehen strömungsmechanische Druckverluste einher, die bei der Auslegung vorgesehen werden müssen und für die gleichermassen die Energieinfrastruktur ausgelegt sein muß.
Der Kern einer technisch optimalen Lösung ist, sowohl die einzelne Maschine wie auch die gesamte Produktionsinfrastruktur zu analysieren und sie durchaus mit einem Blick auf mögliche Zukünftige Veränderungen zu sehen, die möglicherweise über einen Zeitraum von fünf, zehn, oder noch mehr Jahren reichen. Das heißt, die Späneentsorgung und das Kühlschmiermittelmanagement sind Grundsatzfragen der Fabrik- und Produktionsplanung.
Herbert J. Joka