Institut für Werkzeugmaschinen (IfW), Stuttgart


Am Institut für Werkzeugmaschinen der Universität Stuttgart (IfW) werden Forschungsvorhaben aus dem Bereich der Konstruktion und Optimierung von Werkzeugmaschinen und der spanenden Fertigungstechnik mit über 25 wissenschaftlichen Mitarbeitern bearbeitet.

Das Institut für Werkzeugmaschinen ist in vier Gruppen gegliedert, die organisatorisch und sachlich koordiniert sind. Dabei werden die Fachgebiete „Maschinenkonstruktion“, „Maschinenuntersuchung“, „Zerspanungstechnologie“ sowie „Holz- und Verbundwerkstoffbearbeitung“ von einem Gruppenleiter geführt und bestehen jeweils aus aufgabenorientierten Arbeitsgruppen.

Einer der Forschungsschwerpunkte am IfW ist seit 1858 die Holzbe- und -verarbeitung. Dabei beschäftigt sich die Abteilung Holz- und Verbundwerkstoffbearbeitung mit Aufgabenstellungen aus den Bereichen der Zerspanungstechnologie, der Maschinenkonstruktion und Maschinensicherheit sowie der Problematik der Staub- und Späneemission. Die Projekte werden sowohl grundlagenorientiert als auch in direkter Zusammenarbeit mit Industrieunternehmen durchgeführt.

Zum Thema „Zerspanung am Institut für Werkzeugmaschinen” ist bei Youtube ein Präsentationsvideo◥ verfügbar.

Das IfW führt für die FPH derzeit die Forschungsvorhaben Effiziente Späneerfassung, Werkstoffe für trennende Schutzeinrichtungen und Werkzeuggrundkörper in Leichtbauweise durch.

Kontakt

Prof. Dr.-Ing. Hans-Christian Möhring
Universität Stuttgart
Institut für Werkzeugmaschinen (IfW)
Holzgartenstr. 17
70174 Stuttgart
Tel.: +49-711-685-83773
hc.moehring@ifw.uni-stuttgart.de
http://www.ifw.uni-stuttgart.de◥

Dr.-Ing. Thomas Stehle
Universität Stuttgart
Institut für Werkzeugmaschinen (IfW)
Holzgartenstr. 17
70174 Stuttgart
Tel.: +49-711-685-83866
thomas.stehle@ifw.uni-stuttgart.de
http://www.ifw.uni-stuttgart.de◥

 


 

Splitterschutzvorhänge mit hohem ballistischem Rückhaltevermögen

Titel: Entwicklung textilbasierter Splitterschutzvorhänge mit hohem ballistischem Rückhaltevermögen für die Verbesserung des Arbeitsschutzes bei schnelldrehenden Werkzeugen spanender Werkzeugmaschinen

Deutschland ist weltweit der größte Hersteller von Holzbearbeitungsmaschinen. Doch wo gehobelt wird, fallen auch Späne – aber nicht nur: Im Falle eines Werkzeug- oder Schneidenbruchs können die Bruchstücke mit hohen Schnittgeschwindigkeit weggeschleudert werden. Das birgt Verletzungsgefahren für das bedienende Personal. Arbeitsschutzmaßnahmen sollen diese vermindern und geben in den Maschinenrichtlinien Standards vor. Eine Anpassung der Normen in der Holzbearbeitung im Dezember 2009 führte dazu, dass die bisherigen Schutzvorhänge aus PVC die Anforderungen nicht mehr erfüllen konnten.

Abbildung 1: Maschinenumhausung mit Schutzvorhangsystem

Ziel des Forschungsvorhabens war somit die Entwicklung von faserverstärkten Schutzvorhängen, die die folgenden technischen Anforderungen erfüllen:

Ebenso mussten die angestrebten technischen Entwicklungen aus wirtschaftlicher Sicht folgende Kriterien erfüllen, um eine schnelle Umsetzung in der Industrie zu erreichen:

Abbildung 2: Darstellung verschiedener Flugbahnen und des Winkels des Projektils nach Verlassen der Vorhangsystems

Abbildung 3: Erfolgreich umgesetzte Lösung

Wie akut das Problem für die Unternehmen war und wie anwendungsnah die Forschungsergebnisse sind, zeigte die schnelle praktische Umsetzung. Alle deutschen Maschinenbauunternehmen setzen inzwischen die innovativen Lamellensysteme ein und sichern durch den neuesten Standard die Marktfähigkeit ihrer Maschinen. Allein in Deutschland beliefern Sie 400 bis 500 holzverarbeitende Betriebe, die nun ihren Mitarbeitern sicherere Arbeitsbedingungen bieten können.

Das Forschungsprojekt (Nr. 15738 N/1+2) wurde durch die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e. V. (AiF) finanziell gefördert und 2012 mit dem Otto von Guericke-Preis der AiF ausgezeichnet◥.

Weiterführende Informationen finden Sie hier◥ und hier◥.

 


 

Optimierung des Kreissägeprozesses

Titel: Optimierung des Kreissägeprozesses in Hochleistungsbearbeitungszentren für die Bearbeitung von Holz, Holzwerkstoffen und Kunststoffen

Zu den zahlreichen möglichen Bearbeitungsschritten eines Bearbeitungs-zentrums gehört auch das Kreissägen. Kreissägen ist ein effizienter, spanender Trennprozess, der in fast allen Fertigungsketten am Anfang der Bearbeitung steht. Allerdings treten beim Kreissägeprozess in Bearbeitungszentren Probleme bezüglich der Kantenqualität auf, weshalb dieser Verarbeitungsschritt häufig auf anderen Maschinen getätigt wird, was zu allen Nachteile einer unterbrochenen Fertigungskette bringt.

Bei der Bearbeitung mit einem Kreissägewerkzeug entstehen an den Rändern der erzeugten Schnittfläche zwei Kanten. Bei Benutzung eines einzigen Werkzeugs ist in Abhängigkeit von der Laufrichtung meist nur eine dieser beiden Kanten scharf und ausbruchsfrei (Bild 1).

Bild 1: Gutschnittseite (oben links), Ausbrüche (oben rechts), Ausbrüche an der Unterseite im Gleichlauf (unten links), Ausbrüche an der Oberseite im Gegenlauf (unten rechts)

Ein praktizierter Ansatz zur Vermeidung der Ausbrüche ist die Durchführung des Prozesses in zwei Fertigungsstufen. Zunächst wird mit dem Kreissägeblatt eine flache Nut in das Werkstück im Gleichlauf eingeritzt, dabei entsteht auf der Oberseite des Werkstücks eine saubere Schnittkante. Danach wird das Aggregat tiefer gesetzt und das Material im Gegenlauf endgültig durchtrennt. Dabei soll eine Berührung der im ersten Prozessschritt (Einritzen) gebildeten Schnittkante von den in Gegenlauf austretenden Zähnen des Sägeblatts vermieden werden. Dazu soll im Gleichlauf eine minimal breitere Schnittfuge auf der oberen Fläche durch Einsatz eines breitenverstellbaren Werkzeugs erzeugt werden.

Ein Lösungsansatz ist daher die Weiterentwicklung eines bestehenden Kreissägeaggregats mit einem neuentwickelten Schrägstellend-/Taumel-Flansch (Bild 2).

Bild 2: Der neu entwickelte Taumel-Flansch

Die Scheibe 1 ist fest mit der Aggregatwelle verbunden. Die Scheibe 2 ist um die Scheibe 1 drehbar (Winkel β) gelagert (Bild 3). Da die Kontaktfläche der beiden Scheiben 1 und 2 schräg zu der Senkrechten der Achse steht, sind beim Drehen der Scheibe 2 um die Scheibe 1 zwei Positionen möglich – erste Position Schrägstellung/ „Taumeln“/ mit Planlauffehler (Winkel λ!=0), zweite Position „Normal“/ ohne Planlauffehler (Winkel λ=0).

Bild 3: Sägeblatt und der Taumel-Flansch in der Position „Taumeln“

Die Zugfedern (Bild 2, Position 6) halten den Flansch immer in Taumelposition, wenn das Kreissägeaggregat nicht zur Zerspanung eingesetzt ist. Während der Zerspanung soll die Zugfederkraft beim Erstschnitt (Vorritzen) größer als die Schnittkraft sein, damit der Flansch hier ebenfalls in Taumelposition bleibt. Beim Fertigschnitt (Durchsägen) soll die Zugfederkraft kleiner als die Schnittkraft sein, wodurch der Flansch in die Normalposition gebracht wird.

Das hier dargestellte Projekt wurde in Zusammenarbeit mit der FGW Remscheid durchgeführt. Weiterführende Informationen finden Sie hier◥.

 


 

Weitere abgeschlossene Forschungsvorhaben

Schneiden aus Nanocompositekeramiken mit stabilisierenden Mikrogeometrien an der Schneidkante für die Bearbeitung von Holz und Holzwerkstoffen (2013)

MINUS ZEHN - Ganzheitliche Lärmreduktion in der Holzbearbeitung (2010)

Untersuchung textilbasierter Splitterschutzvorhangsysteme zur Steigerung der anwendungsgerechten Arbeitssicherheit (2010)

Steigerung von Effektivität und Bearbeitungsqualität bei Kreissägeprozessen durch Erhöhung der Werkzeugpräzision (2009)

Simulation der Spanbewegungen im Spanraum des Werkzeuges (2009)

Beurteilung des Verschleißzustandes von Schleifbändern mittels thermografischer Methoden (2009)

Entwicklung eines Spanplattenschnelltests zur Bestimmung des Silikatanteils (2008)

Optimierung des Verleimvorgangs bei der Parkettherstellung mittels Mikrowellen - Teil 2 (2008)

Untersuchung und Entwicklung von hochdynamischen Vorschub-Systemen für Durchlaufmaschinen zur Laminatfußbodenbearbeitung (2008) — Stiftung Industrieforschung

Entwicklung textilbasierter Splitterschutzvorhänge mit hohem ballistischem Rückhaltevermögen für verbesserten Arbeitsschutz an schnelldrehenden Werkzeugmaschinen - Teil 1 (2007)

Maschinensicherheit bei Bearbeitungszentren der Holzbearbeitung, Schutz gegen berstende Werkzeuge (2006) — Stiftung Industrieforschung

Steigerung der Wirtschaftlichkeit beim Kreissägen von dünnen Brettern (2005)

Experimentelle Untersuchungen zum Einfluss von Größe und Form des Spanraums auf Rückschlag- und Schwingungsverhalten von Kreissägewerkzeugen für stationäre und handgeführte Maschinen zur Bearbeitung von Kunststoffen sowie Holz und Holzwerkstoffen (2005)

Kalibrieren von Holzwerkstoffen mittels Stirnplanfräsen (2004)

Vermeidung der werkzeuginternen Doppelzerspanung und Ansätze zur Reduzierung der werkzeugunabhängigen Doppelzerspanung zur Leistungssteigerung von Holzbearbeitungswerkzeugen (2004)

Untersuchung zur Geräuschemission und Schallquellenortung an Holzbearbeitungsmaschinen (2004)

Verlängerung der Standzeit von Blockbandsägewerkzeugen (2004)

Optimierung des Verleimvorganges bei der Parkettherstellung mittels Mikrowellen - Teil 1 (2002)

Prozessoptimierung Profilfräsen von Massivholz (2002)

Rückschlagverhalten von Handkreissägemaschinen (2002)

Fußbodenpaneelbearbeitung (2001)

Auslegung von Absaughauben (2001)

Quantitative und qualitative Charakterisierung von Stäuben mitteldichter Faserplatten (MDF) sowie deren Prüfung auf Gesundheitsgefährdung durch in-vitro-Tests (1999)

Qualitätssicherung durch Anwendung eines Verfahrens zur Bestimmung von Schwingungen aus Werkstückoberflächen in der Holzbearbeitung (1999)

Werkzeugnahe Staub- und Späneerfassung (1998)

 

 


Bildnachweis: IfW der Universität Stuttgart