Wie viel Druckluft werden beim Werkzeugwechsel, der Kühlung und anderen Vorgängen an der Portalbearbeitungsmaschine pro Stunde benötigt?

Einleitung: Die Rolle von Druckluft in Portalbearbeitungszentren

Im Betrieb von Portalbearbeitungszentren ist Druckluft ein unverzichtbares Antriebs‑ und Hilfsmedium. Sie dient nicht nur zum Antrieb der automatischen Werkzeugwechselvorrichtung, sondern findet auch in Bereichen wie der Spindelkühlung, der Späneabblasung von Werkstücken sowie bei pneumatischen Spannvorrichtungen breite Anwendung. Die Kenntnis des jeweiligen Luftverbrauchs der einzelnen Systeme ist von großer Bedeutung, um die Auslegung der Druckluftversorgungsanlagen optimal zu gestalten und die Betriebskosten im Fertigungsbereich zu senken.

Gasverbrauchseigenschaften des automatischen Werkzeugwechselsystems (ATC)

Das automatische Werkzeugwechselsystem gehört zu den größten Gasverbrauchern der Werkzeugmaschine. Der Werkzeugwechsel erfolgt hauptsächlich durch den Einsatz von Pneumatikzylindern, die das Umschwenken der Werkzeughalterung, das Herausziehen und Einsetzen der Werkzeuge durch den Roboter sowie das Lösen und Spannen des Werkzeugs am Spindelkopf bewirken.

• Der momentane Gasverbrauch ist hoch.: Bei einem einzelnen Werkzeugwechselvorgang sind im Bruchteil einer Sekunde ein hoher Luftdruck und eine hohe Luftmenge erforderlich, um eine schnelle und gleichmäßige Bewegung zu gewährleisten.
• Kurze Dauer pro VorgangObwohl der瞬zeitige Durchfluss groß ist, dauert der Werkzeugwechsel jeweils nur wenige Sekunden bis maximal ein paar Dutzend Sekunden.
• Beeinflusst durch die BearbeitungszykluszeitDie gesamte stündliche Gasverbrauchsmenge hängt unmittelbar von der Werkzeugwechselhäufigkeit im Fertigungsprozess ab. Bei der Bearbeitung komplexer Bauteile, die häufige Werkzeugwechsel erfordern, steigt der stündliche Gasverbrauch dieses Systems deutlich an.

Der kontinuierliche Verbrauch des Kühlsystems und des Späneabfuhrsystems

Das Kühlsystem und das Späneabfuhrsystem machen den Hauptanteil des stündlichen Grundlußverbrauchs der Werkzeugmaschine aus; sie zeichnen sich durch einen kontinuierlichen oder hochfrequenten Luftverbrauch aus.

• Spindel-Luftschleusendichtung: Um zu verhindern, dass Schneidflüssigkeit und Staub in die Spindellager eindringen, ist am vorderen Ende der Spindel in der Regel eine Luftschleusendichtung eingebaut; dieser Bereich muss kontinuierlich mit Druckluft versorgt werden.
• Spanabtrag zwischen Werkstück und FührungsschieneWährend des Bearbeitungsprozesses werden Hochdruckluftpistolen oder fest installierte Düsen eingesetzt, um Späne von der Werkstückoberfläche sowie von den Schutzabdeckungen der Führungsschienen abzublasen; der Luftverbrauch hängt von der Anzahl der eingesetzten Düsen und der Dauer ihrer Betätigung ab.
• Zentrale Ausströmung von Gas‑Flüssigkeits‑DruckverstärkungBei einigen Werkzeugmaschinen wird das Zentrum‑Wassersystem der Spindel mittels einer Gas‑Flüssigkeits‑Druckverstärkungspumpe betrieben, die zur Erzeugung eines hohen Drucks einen erheblichen Verbrauch an Druckluft erforderlich macht.

Bewertung des Luftverbrauchs anderer unterstützender pneumatischer Systeme

Neben den zentralen Funktionen des Werkzeugwechsels und der Kühlluft‑ bzw. Späneabfuhr benötigen auch viele zusätzliche Prozessschritte im Portalbearbeitungszentrum Druckluft:

• Pneumatische Spannvorrichtung: Pneumatische Druckplatten oder Spannvorrichtungen zur Fixierung von Werkstücken verbrauchen während des Spannvorgangs kontinuierlich Druckluft.
• Schutzabdeckung teleskopischBei einigen großen Portalfräsmaschinen werden die Führungsschienenabdeckungen pneumatisch angetrieben; beim Aus- und Einziehen ist ein Luftverbrauch erforderlich.
• Hydraulischer AkkumulatorBei einigen Werkzeugmaschinen dient das Druckluftsystem als Druckmittel für den Druckspeicher; daher ist eine regelmäßige Nachbefüllung mit Druckluft erforderlich.

Methode zur Bewertung des gesamten stündlichen Gasverbrauchs

Da sich die Portalbearbeitungszentren unterschiedlicher Bauart in Bezug auf Hubweite, Spindelleistung und Anzahl der pneumatischen Komponenten erheblich voneinander unterscheiden, lässt sich kein absolut festgelegter Normverbrauch an Druckluft pro Stunde angeben. Eine wissenschaftlich fundierte Bewertungsmethode lautet wie folgt:

• ReferenzgerätetypenschildAuf dem Typenschild oder im technischen Handbuch der Werkzeugmaschine ist in der Regel der „Luftverbrauch“ angegeben (meist in l/min oder m³/min). Multipliziert man den auf dem Typenschild ausgewiesenen Luftverbrauch pro Minute mit 60, erhält man den theoretischen Luftverbrauch pro Stunde.
• Berücksichtigung der NetzverlusteBei der konkreten Auslegung einer Druckluftanlage im Werk sind Leckagen in den Luftleitungen sowie Druckverluste unbedingt zu berücksichtigen; in der Regel ist ein Sicherheitszuschlag von 10 % bis 20 % gegenüber dem theoretischen Luftverbrauch vorzusehen.
• Bewertung der Spitzennachfrage: Verfügt die Werkstatt über mehrere Anlagen, ist der Spitzenluftverbrauch zu berücksichtigen, der bei gleichzeitigem Werkzeugwechsel oder beim Ausblasen von Spänen an mehreren Bearbeitungsmaschinen entsteht, um einen plötzlichen Druckabfall im Leitungsnetz zu vermeiden.

Praktische Empfehlungen zur Optimierung der Nutzung von Druckluft

Um den Verbrauch von Druckluft zu senken und einen stabilen Betrieb der Werkzeugmaschinen sicherzustellen, können im Werkstattbereich folgende Optimierungsmaßnahmen ergriffen werden:

• Regelmäßige Dichtheitsprüfung: Leckagen von Druckluft sind die größten versteckten Verschwendungen; daher sollten Luftleitungen, Anschlüsse und Magnetventile regelmäßig überprüft und undichte Stellen umgehend repariert werden.
• Angemessene Druckregelung: Unter der Voraussetzung, die Bearbeitungsanforderungen zu erfüllen, den Blasdruck zur Späneentfernung entsprechend reduzieren, um eine übermäßige Luftzufuhr zu vermeiden.
• OptimierungsprogrammDurch die Optimierung der CNC‑Bearbeitungsprogramme lassen sich unnötige Leerlaufbewegungen sowie die nicht‑zerspanenden Abblasvorgänge zur Späneentfernung verkürzen, wodurch der gesamte Luftverbrauch gesenkt wird.