Schlau gekühlt

Ein grosser Teil des Strom- und Wasserverbrauchs im Schleifprozess entsteht bekanntermassen durch die Kühlung. In Zeiten steigender Energiepreise und Verpflichtungen zur Nachhaltigkeit ist es daher umso wichtiger, dass die technologische Entwicklung in diesem Bereich voranschreitet. STUDER ist mit dem SmartJet®-Konzept nun ein echter Durchbruch gelungen: Ein auf Hightech basierendes, intelligentes Kühlkonzept, das in erheblichem Umfang Energie und Ressourcen spart – und dazu noch die Bedienung deutlich vereinfacht.
«SmartJet® kann den Wasserbedarf um 40 Prozent und den Energiebedarf sogar um 50 Prozent reduzieren», sagt Martin Habegger, der das Projekt bei STUDER betreut. Das sind substanzielle Einsparungen. Aber wie werden sie erreicht? Kurz gesagt: Durch ein ausgeklügeltes Düsendesign und ein optimiertes Leitungssystem mit der zur Maschinenlinie passenden Pumpe. Hinzu kommt eine sensorgestützte und intelligente Steuerungssoftware, die den Menschen viel stärker als bisher unterstützen kann. Denn bislang mussten sich die Bedienenden in der Regel selbst um die Kühlung des Schleifprozesses kümmern. Dies umfasst vor allem die korrekte Positionierung der Düsen und die manuelle Einstellung des Volumenstroms, sodass die Pumpe das Kühlschmiermittel an den Ort des Schleifprozesses befördern kann.

Grundlagen gemeinsam mit der ETH Zürich entwickelt
Das ist erstens zeitaufwendig und zweitens können dabei leicht Fehler passieren, die zu einem unnötig hohen Verbrauch führen. Oft verwenden Bedienende nämlich deutlich mehr Kühlschmiermittel als nötig oder richten die Düsen nicht optimal aus, was schlecht für die Effizienz und Umwelt ist. Um das zu ändern, hat STUDER gemeinsam mit der ETH Zürich die technologischen Grundlagen entwickelt und das revolutionäre SmartJet®-Konzept dann zur Marktreife gebracht. Mit diesem kann von nun an die Maschinensteuerung wesentlich bei der Kühlschmiermittelzufuhr unterstützen – was das Schleifen in der Arbeitspraxis deutlich einfacher, genauer und effizienter macht.
Und so funktioniert es: Herzstück des Systems ist eine frequenzgesteuerte Pumpe sowie eine 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 und die Software berechnet anhand zahlreicher Parameter die Austrittsgeschwindigkeit des Volumenstroms, egal ob fürs Schruppen, Schlichten oder Feinschlichten. Das Erstaunliche dabei ist, dass trotz des geringen Energieverbrauchs der Pumpe ein hoher Druck und Austrittsgeschwindigkeit entstehen. «Der Kühlmittelstrahl ist punktgenau, kohärent und reproduzierbar. Bei Wirkungsgrad, Prozesssicherheit und Effizienz setzt der SmartJet® in der Branche neue Massstäbe», sagt Martin Habegger. Auch das Problem des Scheibenwinds, der bei herkömmlichen flachen Düsen die optimale Kühlung der Schleifscheibe stören kann, löst das smarte System: Durch speziell getimte Lücken im Kühlmittelstrahl und dessen hohe Austrittsgeschwindigkeit kann der Scheibenwind entweichen, ohne die effektive Kühlung zu beeinträchtigen.

Hightech-Düsen aus dem 3D-Druck
Dieses intelligente Kühlsystem machen auch die neuartigen Düsen möglich, die das STUDER-Schwesterunternehmen IRPD im 3D-Druckverfahren in St.Gallen fertigt. Denn im Inneren des stromlinienförmigen Designs befinden sich mehrere nebeneinanderliegende Kanäle, die das Kühlschmiermittel gleichmässig in der Breite verteilen. Bei Bedarf kann das dahinterliegende Verteilerstück mehrere Düsen in einer Reihe aufnehmen. Mit einem Schnellwechselsystem ausgestattet ist das System als Baukastenlösung konzipiert, bei dem sich einzelne Komponenten im Handumdrehen neu kombinieren lassen. Dabei besteht immer die Möglichkeit, die Düsen individuell auf die Bedürfnisse von Kundinnen und Kunden anzupassen, zum Beispiel die Grösse des Düsenquerschnitts. «Als Maschinenhersteller konnten wir das gesamte Kühlsystem vom Anfang bis zum Ende planen, integrieren und alle Komponenten aufeinander abstimmen und optimieren» sagt Martin Habegger. Das ist ein grosser Vorteil gegenüber Firmen, die zum Beispiel nur die Düsen entwickeln. «Denn die Düsen alleine sind nicht smart. Es ist das ganze Konzept.»
Ein weiterer Aspekt, mit dem der SmartJet® Schleifenden das Leben deutlich leichter macht, ist die digitale Integration der Kühlschmiermittelzufuhr als Assistenzsystem in der Maschine. Serienmässig kommt das Konzept bereits auf der Rundschleifmaschine S36, die mit der markenübergreifenden Hard- und Softwarearchitektur von UNITED GRINDING ausgestattet ist: C.O.R.E. Auf dem grossen intuitiven Touch-Display hilft der Einrichtungsassistenz beim optimalen Konfigurieren der Düsen zum jeweiligen Werkstück und zeigt während der Bearbeitung alle relevanten Informationen an. Dabei haben Schleifende die Wahl zwischen einer automatischen oder manuellen Nachführung der Düsen. Und natürlich sind Einstellungen für verschiedene Werkstücke speicherbar und stehen bei der nächsten Anwendung sofort wieder zur Verfügung.

Serienmässig neben der S36 bald in weiteren Maschinentypen
Auch ein besonders lästiges Problem, das viele Schleiffirmen kennen, gehört mit dem SmartJet® der Vergangenheit an, wie Martin Habegger erklärt. «Nach der Schleifbearbeitung tropft immer noch für eine Weile Kühlschmiermittel auf die Schleifscheibe, was mit der Zeit zu Unwucht führen kann.» Einige herkömmliche Düsen können zur Vermeidung zwar weggebogen werden. Aber dann verliert sich ihre optimale Stellung und sie ist vor der nächsten Bearbeitung wieder zeitaufwendig, manuell auszurichten. «Nun können Schleifer die Düsen einfach mit der Softwaresteuerung einige Millimeter von der Scheibe wegbewegen und vor der nächsten Anwendung per Knopfdruck wieder punktgenau in Stellung bringen.» Dies ist nur ein Beispiel, wie SmartJet® das Schleifen in der täglichen Arbeitspraxis durch maschinelle Unterstützung einfacher macht und dabei sogar noch die Qualität steigert.
Da bleibt am Ende nur noch die Frage: Wie geht es nun mit dem SmartJet® weiter? «Wir haben die S36 serienmässig als erste Maschine damit ausgestattet, weil es eine leistungsstarke Produktionsmaschine mit einer hohen Schleifscheibenbreite bis 125 mm ist, wo eine punktgenaue, effiziente Kühlung für besonders viel Ersparnis sorgen kann», erklärt Habegger. Die S36 ist in besonderem Masse für die Serienfertigung für präzise Werkstücke konzipiert. Darüber hinaus haben STUDER-Kunden mit anderen Maschinentypen den SmartJet® bereits auf Anfrage installiert bekommen. Aber noch im laufenden Jahr soll das intelligente Kühlsystem auch in der S31, S33 und S41 einen serienmässigen Platz finden. «Es ist an der Zeit, dass noch mehr Kunden von den Vorteilen des SmartJet® profitieren können», sagt Martin Habegger. Denn schliesslich spart er ihnen Kosten, steigert die Qualität und setzt neue Massstäbe bei der Nachhaltigkeit.

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