• Die Betrachtung der Fertigungskette, in die das jeweilige Bearbeitungsverfahren eingebunden ist, ist hinsichtlich der Effizienzsteigerung von erheblicher Bedeutung. Einflüsse aus vorgeschalteten Bearbeitungsprozessen sind ebenso zu berücksichtigen wie die Auswirkungen der verwendeten Bearbeitungs- u. Hilfsstoffe auf die Folgeprozesse.
• Eine ganzheitliche Prozessbetrachtung zeigt Zusammenhänge in der Produktion auf und eröffnet ein großes Potenzial zur Prozessoptimierung, sowohl in ökologischer als auch in ökonomischer Hinsicht.

Beispiele:

• Auf Halbzeugen oder Vorprodukten aufgetragene Korrosionsschutzmittel können negative Einflüsse auf die Wirkung von Kühlschmierstoffen und damit die Bearbeitungsqualität haben und zu kurzen Badstandzeiten, zusätzlichen Hautbelastungen bei den Mitarbeitern und zu einem erhöhtem Abfallaufkommen führen.
• Die eingesetzten Kühlschmierstoffe werden über die Werkstücke aus dem Prozess ausgetragen und haben damit wiederum erhebliche Auswirkungen auf den Folgeprozess, sei es ein Reinigungsprozess oder ein weiterer Prozess zur Oberflächenbehandlung.

Quelle(n):

• Informationszentrum für betrieblichen Umweltschutz [IBU] (2012): Betrieblicher Umweltschutz [online]. Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, verfügbar unter: Link

• gemeinsame modulare Basis verringert die Lagerhaltung, vereinfacht die Bereitstellung und senkt die Kosten
• hinzu kommen Skalierbarkeit und Investitionssicherheit

Maßnahmen zur Reduzierung von Umweltrisiken und hilfsstoffbedingte Abfällen:

• Vorratsgebinde für Öle, Kühlschmierstoffe usw. sollten immer über Auffangwannen gelagert werden, auch um Tropfverluste zuverlässig aufzufangen.
• Jedes Gebinde eindeutig kennzeichnen.
• Die Anzahl der eingesetzten Produkte sollte so gering wie möglich gehalten werden.
• Die Austragsverluste sollten möglichst gering gehalten werden.

Quelle(n):

• Informationszentrum für betrieblichen Umweltschutz [IBU] (2012): Betrieblicher Umweltschutz [online]. Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, verfügbar unter: Link

• die richtige Auswahl der Schneidstoffsorten und Geomtrien kann zu einer Leistungssteigerung hinsichtlich der Standzeiten, der Produktivität und der Prozesssicherheit und somit zur Effizienzsteigerung führen
• innovative Schneidstoffe führen zu Verschleißreduzierung und somit zu Einsparungen im Werkzeugverbrauch
• neben dem Effekt der Verschleißreduzierung wirkt sich die Leistung der Zerspanungswerkzeuge auch positiv auf die Maschinenkosten, die Maschineneinstellkosten und die Werkzeugwechselkosten aus: höhere Schnittparameter verbessern die Produktivität; eine höhere Maßhaltigkeit reduziert die Maschineneinstellkosten, da weniger Ein -u. Nachstellungen notwendig sind.
• eine FEM-Simulation bietet die Möglichkeit das Einsatz- und Verschleißverhalten vorherzusagen: Dieses wird werkzeugseitig durch die Geometrie, den Substratwerkstoff und das Schichtsystem beeinflusst.
• Durch verbesserte Werkzeugtechnologien (Beschichtungen, verbesserte Oberflächen) können die traditionellen Aufgaben des Kühlschmierstoffs (Schmieren, Kühlen, Spänetransport) inzwischen auch mit diesen Technologien bewältigt werden und somit kann ggf. auf den Einsatz von KSS verzichtet werden.

Der Einsatz von Werkzeugvoreinstellgeräten zum Vermessen von Dreh- und Fräswerkzeugen befreit die Werkzeugmaschinen von unnötigen Rüstzeiten und steigert somit ihre Verfügbarkeit.

 Der Einsatz eines hydrostatischen Führungssystems ermöglich

•  Positioniergenauigkeit
• Prozesssicherheit

und somit weniger Ausschuss.

•  durch den Einsatz von Messtasters in Bearbeitungszentren kann kostenintensiver Ausschuss vermeiden werden

der optimierte Einsatz von Präzisionsspannfutter

• reduziert die Werkzeugkosten (um ca. 10%)
• erhöht Leistung
• erhöht Qualität und senkt somit den Aussschuß

•  durch den Einsatz eines Nullpunktspannsystems lässt dich das Rüsten, Messen, Ausrichten und Spannen einfacher gestalten
• die Maschinenauslastung wird erhöht
• die Amortisationszeit für ein Nullpunktspannsystem liegt zwischen 6 - 18 Monaten (abhängig von der Anzahl der täglichen Vorrichtungswechsel)

• Mit einem Niederhaltersystem findet eine zusätzliche Stabilisierung des Werkstücks direkt an der Frässtelle statt.
• Das Frässtück (insbesondere kleine Frässtücke) wird so sicher gehalten und ein "Ausfransen" an seiner Oberfläche vermieden.

• durch die Auswahl der geeigenten Werkzeuge oder Wendeschneidplatten wird die wirtschaftlichste Lösung für eine konkrete Aufgabenstellung des Anwenders ermittelt
• der Nutzer bekommt eine Empfehlung für die Bearbeitungsstrategie und Kosten je Bearbeitungsoperation
• individuelle Ergebnisse der Standzeiten und Schnittdaten lassen sich ebenfalls darstellen

• durch das Rekonditioning (Wiederbeschichten und Nachschleifen von Werkzeugen) werden Werkzeugkosten gesenkt, Ressourcen geschont und Abfall vermindert
• dabei spielen effiziente Spannmittel zum automatisierten Werkzeugschleifen eine wichtige Rolle, denn eine exzellente Form- und Maßhaltigkeit an der Werkzeugschneide erhöht die Standzeit der Werkzeuge wesentlich
• mithilfe spezieller Verschleißbilder und Verschleißgrenzen geben wichitge Hinweise, wie sie die Werkzeuge produktiver einsetzen können und Gegenmaßnahmen können identifiziert werden

• insbesondere bei Neuinvestitionen sollten die Möglichkeiten der Trockenbearbeitung/MMS geprüft werden
• somit können neben unbrauchbar gewordenen KSS weitere KSS-bedingte Abfälle aus der spanenden Metallbearbeitung vermieden werden:

• Ölhaltige Schleif, Hon- u. Läppschlämme
• KSS-getränkte Filtermittel (Filtervliese, Filterpatronen)
• Ölbindemittel (Aufsaugmittel für verspritzte, verschüttete KSS)
• KSS-verunreinigte Putztücher und Arbeitskleidung
• Verölte Späne (insbesondere beim Einsatz nichtwassermischbarer KSS)

• Nicht zuletzt sind natürlich auch die bearbeiteten Werkstücke beim Verlassen der Maschine mit KSS behaftet (lässt sich durch Abtropfen, Schleudern usw. reduzieren) und müssen meist vor der Weiterverarbeitung gereinigt werden, mit entsprechenden Umweltbelastungen des eingesetzten Reinigungsverfahrens.

Quelle(n):

• Informationszentrum für betrieblichen Umweltschutz [IBU] (2012): Betrieblicher Umweltschutz [online]. Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, verfügbar unter: Link

Maßnahmen zur Umweltentlastung und Abfallvermeidung durch die bei der Nassbearbeitung verwendeten KSS:

• Durch regelmäßiges Umwälzen oder Belüften sowie durch Entfernung von Fremdölen und anderen Verunreinigungen lassen sich die Standzeiten von KSS-Emulsionen auch bei einzelversorgten Maschinen auf 3-6 Monate erhöhen. Zudem wird die Arbeitshygiene deutlich verbessert.
• Der Eintrag von Verschmutzungen (Fremdöle, Fremdstoffe) durch die Maschine, die zu bearbeitenden Werkstücke und die Mitarbeiter sollte vermieden werden. Einfache Messungen (pH-Wert mit pH-Papier, Konzentration mit Hand-Refraktometer, Leitwert, Geruch und optischer Beurteilung) geben schnell Hinweise, ob der Kühlschmierstoff sich verändert hat und noch gegensteuert werden kann.
• Bereits bei der Auswahl sollte auf möglichst umweltgerechte und humanverträgliche Inhaltsstoffe des KSS geachtet werden.
• KSS erfordern Sicherungsmaßnahmen zum Gewässerschutz, sowohl bei der Lagerung, als auch beim Einsatz.
• Durch den Bearbeitungsprozess und über Fremdeinträge (Werkstücke, Luft, Mitarbeiter) gelangen weitere Schadstoffe in den KSS und führen insbesondere bei wassergemischten Systemen zu zusätzlichen Belastungen (z.B. Verkeimung). Bei wassergemischten KSS ist die Bildung von Nitrosaminen (krebserzeugend) zu vermeiden, dabei sind die Vorgaben der Technischen Regel für Gefahrstoffe (TRGS) 611 zu beachten.
• Bei KSS-Ölen spielt der Brandschutz bei der Lagerung und insbesondere auch beim Einsatz in der Bearbeitungsmaschine eine bedeutende Rolle. Beim Betrieb der Bearbeitungsmaschinen ist neben dem Brandschutz auch der Explosionsschutz besonders zu berücksichtigen. Durch die starken Verwirbelungen in der Werkzeugmaschine und der hohen thermischen Belastung an der Bearbeitungsstelle bilden sich KSS-Nebel u. -Dämpfe, so dass maschinenseitig Einrichtungen zum Brand- u. Explosionsschutz vorhanden sein müssen. Bei neuen Maschinen muss der Bearbeitungsraum gekapselt sein.
• Auf hautschädigende KSS-Komponenten verzichten, Hautschutzpläne erstellen und Mitarbeiter informieren (Arbeitsschutz). 
• Beim Einsatz nichtwassermischbarer KSS (KKS-Öle) ist darauf zu achten, dass die Verschleppungsverluste über Späne und Werkstücke möglichst gering gehalten werden. Abtropfzonen und gegebenenfalls Späneschleudern sind wirkungsvolle Gegenmaßnahmen. Abgetrennte Öle können problemlos wieder in den KSS-Kreislauf zurückgeführt werden.
• Zu entsorgende KSS sind generell als gefährlicher Abfall (Sonderabfall) eingestuft. Während nichtwassermischbare KSS sehr lange Standzeiten aufweisen (oft "Lebensdauerfüllung") sind die wassergemischten KSS-Systeme wesentlich empfindlicher. Um vorzeitige Verkeimung zu vermeiden und lange Badstandzeiten zu erzielen, ist eine regelmäßige Überwachung und Badpflege notwendig. In einzelversorgten Maschinen gelten Badstandzeiten von 1/2 Jahr und in Zentralanlagen von mind. 2 Jahren als Anhaltswerte.
• Eine Umstellung auf Trockenbearbeitung bzw. Minimalmengen-Schmierung (MMS) kann vorteilhaft sein und sollte bei Neuinvestitionen auf jeden Fall in Betracht gezogen werden. Gerade, wenn manche Werkzeugmaschinen nur sporadisch benutzt werden, ist die Bearbeitung mit MMS sehr vorteilhaft, da insbesondere Kühlschmierstoff-Emulsionen in Stillstandszeiten schnell verkeimen. Dauernd wechselnde Bearbeitungsprozesse erfordern dafür jedoch Erfahrung und Engagement.

Quelle(n):

• Informationszentrum für betrieblichen Umweltschutz [IBU] (2012): Betrieblicher Umweltschutz [online]. Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, verfügbar unter: Link

• erhöhte Werkzeug- und Spindelstandzeiten
• hohe und sichere Qualität der Bauteile

• wettbewerbsfähigkeit im Werkzeugmaschinenbau spiegelt sich nicht nur im Anschaffungspreis, der Maschine, sondern auch in den Verbrauchswerten über den gesamten Lebenszyklus wider
• ganzheitliche Sichtweisen führen zu Energieeinsparungen von 40%

Maßnahmen sind zum Beispiel:

• Frequenzumwandlung an Pumpen (reduzieren die Grundlast der Maschine), Funktionell hochwertige Dichtungen und Abwärmenutzung
• funktionell hochwertige Dichtungen
• Abwärmenutzung
• die volle Auslastung der Maschine erhöht die Effizienz
• Zweispindler statt Einspindler
• Hydraulikfreie Maschinen
• die volle Auslastung der Maschinen sichert zumeist die höchste Effizienz
• kryogene Minimalmengenschmiersysteme zur gezielten Schneidenkühlung mittels flüssigem Stickstoff führen zu längeren Werkzeugstandzeiten
• Nadeldüsen im Schleifprozess  sorgen für einen konzentrierten, zielgerichtetn Schleifmittelstrahl. Dadurch werde Durchflussmenge, Pumpendruck, Kühlmittelverdunstung und letztlich Energieverbrauch sowie Umweltentlastung reduziert

Bewertung von Energieeffizienz:

• Ermittlung der Leistung für definierte Betriebszustände, Bewertung von Testwerkstücken zur Energiemessung und Kriterienkatalog mit Maßnahmen zur Verbesserung der Energieeffizienz mit dem Ziel den Energieverbruach der Werkzeugmaschine um 30% zu senken

Es wird an der thermo-energetischen Gestaltung von Werkzeugmaschinen geforscht.

• Optimierung der Spanungsquerschnittsform senkt Energiebedarf
• Ein großer Teil des Energiebedarfs einer spanenden Werkzeugmaschine wird für den Antrieb der Hauptspindel und für den Zerspanprozess selbst benötigt. Durch die Spanungsquerschnittsform, welche sich aus der Werkzeuggeometrie, dem Vorschub und der Schnitttiefe ergibt, lässt sich die zur Zerspanung eines bestimmten Werkstückvolumens erforderliche Energie beeinflussen.
• Somit kann der Energiebedarf für den Zerspanprozess verringert bzw. die Produktivität bei vorgegebener Spindelauslastung erhöht werden.

• Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) neigen zu Absplitterungen und Ausbrüchen
• die Gestaltung optimierter Werkzeuggeometrien und die Entwicklung angepasster Bearbeitungsstrategien sind notwendig um Absplittern zu vermeiden und somit Ausschuss und Reparaturaufwand zu reduzieren

• Die Versorgung der Bearbeitungsstelle mit Kühlschmierstoffen (KSS) erfolgt entweder über ein in der Werkzeugmaschine enthaltenes System (Einzelversorgung) oder über eine zentrale Versorgungseinheit, die mehrere Maschinen bedient (Zentralanlage). Bei beiden Systemen werden die KSS im Kreislauf geführt. Hauptaufgaben der KSS-Versorgung sind

• die zuverlässige Bereitstellung von KSS an den Bearbeitungsstellen
• den Erhalt der KSS im gebrauchsfähigen Zustand (Badpflege)

• Die Konzeption der Versorgungsanlagen richtet sich daher nach dem verwendeten KSS, dem Bearbeitungsverfahren und den zu bearbeiteten Werkstoffen. Für die Entscheidung, ob eine Einzel oder Zentralversorgung besser ist, sind neben Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen auch die räumlichen Verhältnisse (Standorte der Maschinen, Möglichkeiten der Leitungsverlegung) und die erforderliche Flexibilität (Maschinenverlagerungen) maßgebend.
• Auch bei der KSS-Versorgung gilt der Grundsatz: Nur so viel wie nötig. "Sicherheitshalber" eingesetzte große KSS-Mengen bedingen unnötige Kosten.
• Energietipp: Pumpen nicht gegen gedrosselte Ventile laufen lassen. Die Bedarfsregelung über drehzahlgesteuerte Pumpen spart Energie.

Quelle(n):

• Informationszentrum für betrieblichen Umweltschutz [IBU] (2012): Betrieblicher Umweltschutz [online]. Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, verfügbar unter: Link

• Schneidkantenpräparation gezielt einsetzen: neben der Analyse des Einsatzverhaltens für die Dreh- und Fräsbearbeitung ist insbesondere die gezielte und prozesssichere Herstellung der Kantengeometrie von großer Bedeutung
• die Leistungsfähigkeit von Zerspanungswerkzeugen lässt sich durch eine gezielte Schneidkantenpräparation erhöhen: Die Standzeit nimmt bei statischen sowie dynamischen thermomechanischen Belastungskollektiv signifikant zu
• die Ermittlung der für die jeweilige Anwendung geeigneten Schneidkatengeometrie wird durch Standzeitkarten ermöglicht; diese Karten können für beliebige Werkzeuge sowie Werkstoffe anhand von Versuchen erstellt werden
• des Weiteren bieten präparierte Werkzeuge eine höhere Prozesssicherheit, da ein sporadisches Werkzeugversagen verhindert und somit eine engere Toleranz der Prozesshauptzeiten möglich wird

• Maschinenraumsimulationen bieten die Möglichkeit Prozesse bei NC-Maschinen zu optimieren
• Vermeiden von Maschinenstillständen bzw. Produktivitätseinbußen

Maßnahmen zur Vermeidung und Verwertung von Schleifschlämmen:

• Bereits bei der KSS-Auswahl sollte auf möglichst umweltgerechte und humanverträgliche Inhaltsstoffe geachtet werden.
• Bei Schleifmaschinen ist neben dem Brandschutz der Explosionsschutz besonders zu berücksichtigen. Durch die starke Verwirbelung in der Werkzeugmaschine und der hohen thermischen Belastung an der Bearbeitungsstelle bilden sich KSS-Nebel u. -Dämpfe, so dass maschinenseitig Einrichtungen zum Brand- u. Explosionsschutz vorhanden sein müssen. Bei neuen Maschinen muss der Bearbeitungsraum generell gekapselt sein. Bei offenen Maschinen sollte eine wirksame Absaugung installiert sein.
• Abfallvermeidung: Insbesondere beim Einsatz von KSS-Ölen ist darauf zu achten, dass die Verschleppungsverluste über Werkstücke und insbesondere über die Schleifschlämme möglichst gering gehalten werden. Abtropfzonen und gegebenenfalls Schlammpressen sind wirkungsvolle Maßnahmen. Abgetrennte Öle können problemlos wieder in den KSS-Kreislauf zurückgeführt werden.
• KSS werden entweder in der Maschine (Einzelversorgung) oder über zentrale Versorgungsanlagen im Kreislauf geführt. Die teilweise großen Mengen wassergefährdender Stoffe bedingen Sicherungsmaßnahmen zum Gewässerschutz, sowohl bei der Lagerung, als auch beim Einsatz.
• Durch den Bearbeitungsprozess und über Fremdeinträge (Werkstücke, Luft, Mitarbeiter) gelangen weitere Schadstoffe in den KSS und führen insbesondere bei wassergemischten Systemen zu zusätzlichen Belastungen (z. B. Verkeimung). Zur Vermeidung der möglichen Bildung von Nitrosaminen (krebserzeugend) bei wassergemischten KSS sind die Vorgaben der Technischen Regel für Gefahrstoff (TRGS) 611 zu beachten.
• Auf hautschädigende KSS-Komponenten verzichten, Hautschutzpläne erstellen und Mitarbeiter informieren (Arbeitsschutz). 
• Während nichtwassermischbare KSS sehr lange Standzeiten aufweisen (oft "Lebensdauerfüllung") sind die wassergemischten KSS-Systeme wesentlich empfindlicher. Um vorzeitige Verkeimung zu vermeiden und um lange Badstandzeiten zu erzielen, ist eine regelmäßige Überwachung und Badpflege notwendig. In einzelversorgten Maschinen gelten Badstandzeiten von 1/2 Jahr und in Zentralanlagen von mindestens 2 Jahren als Anhaltswerte.
• Schleifschlämme können Ölgehalte von bis zu 60 % und darüber aufweisen. Verfahren zur Abtrennung des Ölanteils rentieren sich daher schon bei Anfallmengen von 10 t/a. Außerdem verbessert ein geringerer Ölgehalt die Verwertungsmöglichkeiten.

Quelle(n):

• Informationszentrum für betrieblichen Umweltschutz [IBU] (2012): Betrieblicher Umweltschutz [online]. Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, verfügbar unter: Link

• Bei vielen Bearbeitungsoperationen werden mit reiner Trockenbearbeitung in der Praxis nur unzureichende Bearbeitungsergebnisse erreicht, obwohl bei Vorversuchen gute Ergebnisse erzielt wurden. Hier besteht mit dem Einsatz der MMS zur Erhöhung der Prozesssicherheit eine kostengünstige, sichere und universell einsetzbare Ergänzungsmöglichkeit zur Trockenbearbeitung.
• Bei der MMS wird der Wirkbereich der Werkzeugschneiden oder das Werkzeug selbst mit kleinsten Mengen Öl bzw. MMS-Medium benetzt, um den notwendigen Schmiereffekt zur Reduzierung der Reibung zwischen Span und Spanfläche des Werkzeugs zu erreichen. Unter Verwendung geeigneter Schmierstoffe haben die Erfahrungen gezeigt, dass in der Regel Mengen im Bereich von 10 - 20 ml/h zur Erzielung der gewünschten Schmierwirkung ausreichen. Bei kleinen Werkzeugen sind auch Anwendungen mit ca. 2 ml/h bekannt. Eine Kühlwirkung kann mit dem MMS-Einsatz kaum erzielt werden.
• In Ergänzung zur reinen Trockenbearbeitung eignen sich zur Anwendung der MMS insbesondere

• Bearbeitungsverfahren mit geometrisch bestimmter Schneide (Fräsen, Bohren, Sägen usw.)
• Bearbeitungsverfahren, bei denen die Kühlfunktion nicht im Vordergrund steht
• Prozesse, bei denen der Eingriffsbereich des Werkzeugs gut mit Schmierstoff benetzt werden kann.

Zur Applikation der geringen Schmierstoffmengen auf den Zerspanungsbereich werden im Wesentlichen 3 Typen von MMS-Auftragssystemen eingesetzt:

• Überdruck-Sprühsysteme: Der Schmierstoffbehälter steht unter Druck (Pressluft), die Mengendosierung erfolgt über Drosselventile oder Kapillaren.
• Drucklose Sprühsysteme: Die Schmierstoffmenge wird aus einem drucklosen Behälter über Dosierpumpen gefördert.
• Airless-Auftragssysteme ("Spucksysteme"): Hierbei werden kleinste Schmierstofftropfen ohne Luftstrahl per Impuls auf die Bearbeitungsstelle "geschossen".

• Grundsätzlich lässt sich beim MMS-Einsatz zwischen äußerer Zuführung (durch Düsen von außen auf die Bearbeitungsstelle) und innerer Zuführung (durch die Spindel und das Werkzeug) des Öl-Luft-Gemisches unterscheiden. Von entscheidender Bedeutung für die Wirksamkeit der MMS ist die Applikationstechnik in der Werkzeugmaschine. Diese muss an die spezifischen Randbedingungen des Produktionsprozesses angepasst werden, um die Zerspanstelle möglichst zielgenau mit den geringen Schmierstoffmengen zu versorgen.
• Typische Einsatzbeispiele der äußeren MMS-Zuführung sind Säge- u. Fräsprozesse. Hier ist die Zugänglichkeit von außen in der Regel gut und die Schnitttiefen gering, so dass eine ausreichende Benetzung des Werkzeugs jederzeit gewährleistet ist. Auch Drehbearbeitungen, insbesondere im Werkstattbereich, lassen sich gut per äußerer Zuführung realisieren. MMS-Systeme mit äußerer Zuführung lassen sich in der Regel bei bestehenden Maschinen einfach nachrüsten.
• Systeme mit innerer Zuführung werden bevorzugt bei Bohr- u. Reiboperationen eingesetzt, da bei großen Bohrtiefe/Durchmesser-Verhältnissen (l/d > 3) eine MMS-Versorgung von außen nicht mehr sichergestellt werden kann. Bei der inneren Zufuhr des MMS-Mediums muss das Öl/Luft-Gemisch weit vor der Austrittsstelle erzeugt werden. Bei zu großen Öltröpfchen sowie bei ungeeigneten Strömungskanälen besteht die Gefahr, dass sich das Gemisch auf dem Weg zur Austrittsstelle wieder entmischt (insb. bei hohen Drehzahlen aufgrund der Fliehkräfte), sich Ablagerungen bilden und große Tröpfchen unregelmäßig austreten. Gleichmäßige Bearbeitungsergebnisse und Prozesssicherheit sind damit nicht mehr gewährleistet. Für die innere Zuführung sind daher MMS-Systeme, die sehr feine Tröpfchen erzeugen besser geeignet. Die Werkzeugmaschine benötigt im Falle einer inneren Zuführung eine spezielle Spindel, durch die der Schmierstoff an das Werkzeug geleitet werden kann. Insbesondere bei den heute üblichen hohen

Spindeldrehzahlen werden an die benötigten Drehdurchführungen hohe Anforderungen gestellt.

• Für die diskontinuierliche Beaufschlagung, z.B. bei Stanz- u. Biegeprozessen oder für die Herstellung kleiner Gewinde eignen sich auch so genannte Airless-Auftragssysteme, bei denen kleinste Tropfen auf die Bearbeitungsstelle "gespuckt" werden.

Quelle(n):

• Informationszentrum für betrieblichen Umweltschutz [IBU] (2012): Betrieblicher Umweltschutz [online]. Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, verfügbar unter: Link

Deutscher Rohstoffeffizienz-Preis 2011 für die Entwicklung eines ölfreien Schmierstoffs auf Polymerbasis zum Einsatz in der Metallverarbeitung: der neue Schmierstoff kann die bisher auf Mineralölbasis bestehenden Schmierstoffe in der spanenden Fertigung ersetzen
Vorteile:

• deutliche geringere Umweltwirklung
• vermindert Werkzeugverschließ und verlängert Werkzeugstandzeit
• die geschmierten Teile lassen sich einfacher reinigen
• erhöht die Arbeitssicherheit und -hygiene, da sich kein Ölnebel bildet und weniger Biozide zugegeben werden müssen

• Spritz- u. Austragsverluste gering halten
• zur Reduzierung der Austragsverluste über die Schleifschlämme bieten sich hilfsmittelfreie Filterverfahren wie Magnetwalzen oder Umlaufbandfilter an
• Entsorgungshinweise: Ölhaltige Schleifschlämme dürfen nicht den Spänen zugefügt, sondern müssen separat als gefährlicher Abfall entsorgt werden. Für ölhaltige Schleifschlämme bestehen verschiedene Verwertungsmöglichkeiten, die für Handwerksbetriebe wegen der meist kleinen Mengen allerdings nur beschränkt zugänglich sind. Hartmetallschlämme sollten separat erfasst werden, da siegut verwertbar sind und auch in kleinen Mengen hoch vergütet werden.

Quelle(n):

• Informationszentrum für betrieblichen Umweltschutz [IBU] (2012): Betrieblicher Umweltschutz [online]. Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, verfügbar unter: Link

• Werkzeugverwaltung via Tool-Tag mit RFID reduziert den Papieraufwand in der Produktion
• vereinfachte Nachverfolgbarkeit, Verschleiß-Informationen, Steuerung der Wiederaufbereitung, Beschaffung von Verschleißkomponenten

Vorteile von Softwareunterstützung / Simulation von Probeläufen:

• Simulation sichert Präzision
• Vermeiden von kostenspieligen und gefährlichen Irrtümern
• Test- und Einfahrzeiten verkürzen
• Bearbeitungsprozess verkürzen (15%-30%) durch höhere Abtragsleistungen
• Werkzeugstandzeiten verlängern
• Maschinenkollisionen vermeiden
• Bearbeitungsabläufe und Schnittdaten optimieren
• Optimierung der Bearbeitungsvorschübe des NC-Programms, sodass die Fertigung effizienter und schonende abläuft
• Ausfallrate senken
• Effizienz und Maschinenpark bei der Auswahl berücksichtigen
• hohe Bearbeitungsqualitäten

• verbesserte Produktivität
• enge Toleranzen
• reduzierter Energieverbrauch

• durch Stromschwankungen verursachte Qualitätsmängel vermeiden

Maßnahmen zur Umweltentlastung und Abfallvermeidung durch die beim Gewindeschneiden und Räumen verwendeten KSS-Öle:

• Bereits bei der KSS-Auswahl sollte auf möglichst umweltgerechte und humanverträgliche Inhaltsstoffe geachtet werden.
• Bei KSS-Ölen spielt der Brandschutz beim Lagern und insbesondere auch beim Einsatz in der Bearbeitungsmaschine eine bedeutende Rolle. 
• Kühlschmierstoffe werden entweder in der Maschine (Einzelversorgung) oder über zentrale Versorgungsanlagen im Kreislauf geführt. Die teilweise großen Mengen wassergefährdender Stoffe bedingen Sicherungsmaßnahmen zum Gewässerschutz, sowohl bei der Lagerung, als auch beim Einsatz.
• Beim Betrieb der Bearbeitungsmaschinen ist neben dem Brandschutz auch der Explosionsschutz besonders zu berücksichtigen. Insbesondere durch die hohe thermische Belastung an der Bearbeitungsstelle bilden sich KSS-Nebel u. -Dämpfe, sodass maschinenseitig Einrichtungen zum Brand- u. Explosionsschutz vorhanden sein müssen. Bei neuen Maschinen muss der Bearbeitungsraum generell gekapselt sein.
• Auf hautschädigende KSS-Komponenten verzichten, Hautschutzpläne erstellen und Mitarbeiter zu informieren (Arbeitsschutz). 
• Beim Einsatz nichtwassermischbarer KSS (KKS-Öle) ist darauf zu achten, dass die Verschleppungsverluste über Späne und Werkstücke möglichst gering sind. Abtropfzonen und gegebenenfalls Späneschleudern sind wirkungsvolle Gegenmaßnahmen. Abgetrennte Öle können problemlos wieder in den KSS-Kreislauf zurückgeführt werden.
• Zu entsorgende KSS sind generell als Sonderabfall eingestuft. Nichtwassermischbare KSS weisen jedoch in der Regel sehr lange Standzeiten auf (oft "Lebensdauerfüllung"), sodass sie nur bei Reparaturen und in Ausnahmefällen zur Entsorgung anfallen.

Quelle(n):

• Informationszentrum für betrieblichen Umweltschutz [IBU] (2012): Betrieblicher Umweltschutz [online]. Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, verfügbar unter: Link

• In der Regel werden nur sehr geringe Schmierstoffmengen, meist unter 10 ml/h benötigt. Bei diesen kleinen Mengen ist der Sprühstrahl nicht sichtbar, was häufig zu Unsicherheiten beim Maschinenbediener und zur unkontrollierten Erhöhung der Dosierung führt. Die Folge sind Ölablagerungen auf dem Werkstück und im Maschineninnenraum.
• Die Funktionsfähigkeit des MMS-Systems lässt sich mit einem vor die Düse gehaltenen Blatt Papier, auf dem langsam ein kreisförmiger Ölfilm sichtbar werden sollte, einfach nachweisen.
• Bei hochwertigen Systemen sind inzwischen auch ergänzende Flussüberwachungssysteme verfügbar.
• Bei Überdosierung bilden die Ölablagerungen zusammen mit feinen Spänen im Maschineninnenraum eine schmierige bis feste Schicht, die erhöhten Reinigungsaufwand bedeutet. Bei optimaler Einstellung des MMS-Systems kann dieser Effekt vermieden werden. Zur Vermeidung von Staub und Ölnebelemissionen sollte die Werkzeugmaschine an eine Absauganlage mit geeigneter Abscheideeinrichtung angeschlossen sein. Bei der Bearbeitung von Al-Werkstoffen ist zudem die mögliche Brand- u. Explosionsgefahr zu berücksichtigen. Hier sollten die abgesaugten Stäube über einen Nassabscheider abgeschieden werden.

Quelle(n):

• Informationszentrum für betrieblichen Umweltschutz [IBU] (2012): Betrieblicher Umweltschutz [online]. Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, verfügbar unter: Link

• Bei einem trockenen Schleifprozess fallen statt Schleifschlämmen nur trockene Metallstäube an. Diese sind wesentlich besser metallurgisch verwertbar.
• Die Trockenbearbeitung ist nach heutigen Erkenntnissen nur in Ausnahmefällen möglich, z.B. beim Anschleifen von Planflächen in der Federnherstellung. 
• Teilweise können Schleifprozesse auch durch das kühlschmierstofffreie Hartdrehen substituiert werden. Dadurch entfallen alle KSS-bedingten Umweltbelastungen und Kosten.

Quelle(n):

• Informationszentrum für betrieblichen Umweltschutz [IBU] (2012): Betrieblicher Umweltschutz [online]. Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, verfügbar unter: Link

"Der Trend geht weg von dicken Katalogen voller Sonderlösungen, hin zu breitflächig einsetzbaren Werkzeugen, schnellem Zugriff und geringere Lagerhaltung"

• die Werkzeuge kühlen punktgenau dort, wo die Kühlung benötigt wird: an der Schneidkante
• Prozesssicherheit, reduzierter Ausschuss und schnellere Bearbeitung und somit eine Steigerung der Effizienz sind die Folge

Das folgende Anwendungsszenario beschreibt den Einsatz von KI in der Fertigungslinie zur vorausschauenden Wartung von Fräsmaschinen, die zur Bearbeitung von Stahlbauteilen eingesetzt werden und kann entlang der Wertschöpfungskette in der Produktion eingegliedert werden. Bei diesem Vorgang nutzt sich der Schneidkopf der Fräsmaschinen kontinuierlich ab, wodurch die Schnittgenauigkeit verringert und der Ausschuss erhöht wird. Zusätzlich können der unerwartete Ausfall und die Reparatur von Maschinen den Stillstand von Fertigungsstraßen bedeuten, was zu erheblichen Kosten im Betrieb führen kann.

Durch den Einsatz von KI wird der Zustand der Komponenten der Fräse überwacht und die Restnutzungsdauer bestimmt. Als Datengrundlage dienen hierbei akustische Frequenzspektren, die sich durch das Rotieren des Schneiders ergeben und in Echtzeit übermittelt werden. Mithilfe einer logistischen Regressionsanalyse werden die Frequenzspektren analysiert und mit Soll-Zustandsparametern verglichen. Überschreiten die Abweichungen einen vorher definierten kritischen Wert, so kann die Wartung der Maschine frühzeitig und zu ausgewählten Zeiten eingeleitet werden.

Für den Betrieb ergibt sich der Vorteil, dass die Planungssicherheit hinsichtlich der eingesetzten Fräsen steigt. Verschleiß kann antizipiert und das Wechseln von Schneideköpfen dahingehend geplant werden, dass Qualität und Volumen der Produktion langfristig hoch bleiben. Zusätzlich können erhebliche Kosten eingespart werden, indem ungeplante Stillstandzeiten reduziert werden. [VDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH (2021)]

Maßnahmen:

• M1: Vernetzung von Sensoren und Aktoren
• M7: Zustandsüberwachung
• M8: Prädiktive Wartung

Eingesparte betrieblich materielle Ressourcen:

• Elektrische Energie (gering) Vermeidung von Anlaufprozessen bei Maschinenausfall
• Material (mittel) Verringerung der Ausschussmenge an Stahl
  

Quelle(n):

• VDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH (2021): Potenziale der schwachen künstlichen Intelligenz für die betriebliche Ressourceneffizienz. VDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH [aufgerufen am: 27.01.2023], verfügbar unter: [S. 71ff] Link

• In dem Forschungsprojekt "Bewertung der Energieeffizienz alternativer Prozesse und Technologieketten" (Beat) wurden Effizienzsteigerungen bei Zerspanungsprozessen untersucht.
• Im Mittelpunkt standen die Energieeffizienz alternativer zerspanender Technologieketten sowie komplexe Energie- und Stoffströme. 
• Es wurde ein Softwaremodul geschaffen, mit dem Anwender ihre Produkte nach DIN EN ISO 14040/44 ökologisch bilanzieren und nach beliebigen Wirkungskategorien – wie z. B. CO₂-Äquivalenz und Primärenergiebedarf – auswerten können.

• Entwicklung von Hochleistungsspindeln mit Luftlagertechnik für den Einsatz in der Mikrozerspanung und der Hochpräzisionsbearbeitung
• nahezu unbegrenzte Lebensdauer von Spindel vom Spindelgehäuse durch Luftpolster
• niedrigerer Energieverbrauch

• Ergebnis des Verbundprojekts "Energie MSP" war, dass vor allem der Aufbau des Spindelmotors und die Stromspeisung der Antriebe ein großes Potenzial, die Effizienz zu erhöhen, bieten. So könnten z. B. Komponentenhersteller durch Einsatz von Leichtbaumaterialien das Gewicht der Spindeln reduzieren. Dies spart nicht nur Energie beim Beschleunigen und Bremsen, sondern führt auch bei den Vorschubachsen zu einer höheren Energieeffizienz.
• Untersuchungen im Rahmen des "Ewotek"-Verbundprojekts zeigen, dass Kühlschmiermittel-Zufuhr und -aufbereitung, Hydrauliksystem, Kühlsystem und Asynchronmotor für den Spindelantrieb mehr als zwei Drittel des Gesamtenergieverbrauchs einer Werkzeugmaschine verursachen. Durch eine energieeffiziente Regelung und Nutzung dieser Aggregate könnten rund 30 % der bislang verbrauchten Energie eingespart werden.

• Vorzeitiger Ersatz von Schleifmaschinen zur Werkzeugbearbeitung
• Einsatz hocheffizienter CNC-gesteuerter Modelle
• Bedarfsgerechter Betrieb spart bis zu 926 MWh in 10 Jahren ein

• CO2-Laser wird durch hochmodernen Faserlaser ersetzt und mit automatisierten Peripheriegeräten ausgestattet

• Stromeinsparung von 1346 MWh innerhalb der Nutzungsdauer von 10 Jahren

• Gegenüber dem Läppen entfällt das Entsorgungsproblem des Schleifkorns
• Außerdem erzielt das Schleifen mit gebundenem Korn deutlich höhere Abtragsraten und damit kürzere Bearbeitungszeiten.

• In Zerspanungsmaschine integrierte Absaugeinrichtung für Holz- und Kunststoffverarbeitung
• Absaugung soll an individuellen Zerspanungsprozess angepasst werden für maximale Energieeffizienz
• System ist flexibel bei verschiedenen Maschinen nachrüstbar
  

• Schleifung wellenförmiger Teile ohne Zerspanungshilfsstoff

• reale Zustands- sowie Prozessdaten unterschiedlicher Systeme in einer Oberfläche nutzbar machen
• föderative Gestaltung ermöglicht gemeinsame Nutzung durch verschiedene Teilnehmer
• entstehende Plattform bietet auch KMU neue Möglichkeiten zur Entwicklung eigener eApps
  

• Entwicklung einer neuen Klasse von Verbundwerkstoffen und Verschleißschutzschichten aus einer harten Wolframcarbid- und einer duktilen metallischen Bindephase
• Einsatz von modernen Sintertechnologien wie druckunterstützter Kurzzeitsinterverfahren zur Herstellung polykristalliner Hartmetalle aus rezykliertem und synthetisiertem Wolframcarbid mit verschiedenen Cobaltgehalten
• Verringerung der Rohstoffabhängigkeit und bis zu 100 % Verwertungsrate von binderfreiem Wolframcarbid-Schrott
  

• Implementierung einer innovativen Fertigungstechnologie für Gewindewerkzeuge
• Verbesserung der Oberflächen- und Schneidkantenbeschaffenheit und Verringerung der Reibung zwischen Werkzeug und Werkstückwerkstoff
• Implementierung einer automatisierten Nassstrahlanlage für das gesamte Produktportfolio

• Bei dem Ende 2012 abgeschlossenen Projekt Maxiem konnte den Energieverbrauch einer Demonstratormaschine um rund 50 % zu senken.
• Optimiert wurden beispielsweise Hydraulik und Druckluft, Schaltschrankklimatisierung, Maschinenkühlung, Kühlschmierung und Absaugung. Bezogen auf einen 3-Schicht-Betrieb mit sechs Arbeitstagen pro Woche (ohne Standby) konnte der Energieverbrauch von 101.547 auf 48.620 kWh/a reduziert werden.

• Aluminiumoxid- u. Bornitrid-Schleifscheiben sind bei angepasster Prozessgeometrie u. -führung grundsätzlich geeignet für Trockenschleifverfahren
• Durch eine Minimalmengenschmierung lassen sich bessere Oberflächenqualitäten bei geringerer Randzonenbeeinflussung erreichen, ohne dass diejenigen Probleme auftreten, die mit dem Einsatz großer Mengen von Kühlschmierstoff einhergehen.
• Die Ergebnisse der Versuche sind in einer umfangreichen Datensammlung und Empfehlungen für Prozessparameter dokumentiert.

• Das Hauptziel des Projekts ‚NCplus‘ war, den Energieanteil zu erhöhen, der für die Arbeit unmittelbar am Werkstück aufgewendet wird, und gleichzeitig den Gesamtverbrauch um 30 % zu senken.
• Die im Projekt entwickelten Lösungen reichen von der Optimierung von Komponenten für die Kühlung und der Hydraulik-Anlage bis hin zur Entwicklung einer effizienten Frässpindel und einer spielfreien Haltebremse.

• kühlschmiermittelfreie bzw. minimal geschmierte Zerspanung beim Wirbeln ist möglich
• Verfahrensmodell, mit dessen Hilfe unterschiedliche Zerspanungsbedingungen, insbesondere die Prozessführung ohne Kühlschmierstoff, simuliert werden können.
• Welche Variante in der Praxis zum Einsatz kommt, ist von fertigungstechnischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten abhängig.

• Trockenzerspanungsverfahren „Wirbeln“ führt zur Einsparung von Kühlschmierstoffen, Rohstoffen u. Energie
• Testen und Entwicklung von Hartmetallschneidstoffen 
• Die Entwicklungen wurden ergänzt mit der Untersuchung des Einflusses der Schneidkantenmikrogeometrie auf die Schneidleistung der Werkzeuge.

• Minimalschmiertechnik als gleichwertige Alternative zur Vollstrahltechnik
• Durch die geringen Mengen an eingesetzten Kühlschmierstoffen entfallen beispielsweise die Entsorgungsvorgänge komplett.
• Amortisation der Anlagentechnik: ca. 2 Jahre

• Stellschrauben für eine deutliche Energiedrosselung an Werkzeugmaschinen sind beispielsweise der Einsatz energieeffizienter Maschinenkomponenten, ein energiebewusster Maschineneinsatz durch Stand-by-Betrieb sowie die Steigerung der Produktivität.
• Kürzere Fertigungszeiten reduzieren den Energieverbrauch.

• Entwicklung eines Hochleistungskühlschmierstoff für die Minimalmengenschmierung beim Bohren
• Auswahl  und Erprobung einer optimalen Fluidrezeptur durch Langzeitversuche und Korrosionstests
• Ökologische und performante Vorteile gegenüber herkömmlichen Kühlschmierstoffen