Hochdruck in der Zerspanung – Wirkung und technische Realität
Der Hochdruckstrahl greift unmittelbar in die Spanbildungszone ein. Er trennt entstehende Späne frühzeitig vom Werkzeug, verhindert Spanaufstau und begrenzt die lokale Temperatur an der Schneidkante.
In der Praxis zeigt sich jedoch deutlich:
Die Leistungsfähigkeit einer Hochdruckanlage wird nicht allein durch das Druckniveau bestimmt. Entscheidend ist die Reinheit des eingesetzten Mediums. In vielen Anwendungen beeinflusst die Medienreinheit die Werkzeugstandzeit stärker als eine weitere Erhöhung des Druckniveaus der Hochdruckanlage.
Partikel im Medium wirken unter Hochdruckbedingungen abrasiv. Sie verursachen Mikroausbrüche an Schneidkanten, beschleunigen den Verschleiß von Pumpenelementen, führen zu Erosion oder Verstopfung von Düsen und erhöhen die Belastung von Ventilkomponenten. Veränderte Partikelkonzentrationen beeinflussen die Schnittbedingungen und führen zu schwankender Oberflächenqualität.
Das bedeutet: Hochdruck ohne abgestimmtes Filterkonzept führt langfristig zu erhöhtem Verschleiß und instabilen Prozessen.
Kontrollierte Medienreinheit als Bestandteil der Anlagenkonzeption
Filtration ist ein integraler Bestandteil der Anlagenkonzeption und kein nachträgliches Zusatzmodul.
Kontrollierte Medienreinheit bedeutet nicht maximale Feinheit um jeden Preis, sondern Ziel ist eine technisch definierte Begrenzung der Partikelgröße sowie eine konstante Partikelkonzentration im Kreislauf zu haben. Nur so entstehen reproduzierbare Bedingungen über die gesamte Laufzeit. Und somit ein wirksamer Schutz von Pumpen-, Ventil- und Düsenkomponenten.
Die Auslegung der Filtration hängt dabei immer vom Gesamtsystem ab. Maßgebliche Parameter sind:
- Volumenstrom
- Verschmutzungsgrad
- Werkzeugkonzept /innen- und außen gekühlt)
- Druckniveau
- Anforderungen an Standzeit und Prozessstabilität
Filtration ist damit keine isolierte Komponente, sondern Teil der systematischen Auslegung.
Hochdruck-, Nebenstrom- und Vollstromfiltration
Je nach Anwendung kommen unterschiedliche Filtrationskonzepte zum Einsatz. Grundsätzlich wird zwischen Hochdruck-, Nebenstrom- und Vollstromfiltration unterschieden.
Hochdruckfiltration
Die Filtration wirkt ausschließlich im Hochdruckabgang hinter der Pumpe. Erfasst wird nur der diesem Werkzeug zugeführte Volumenstrom. Eine Reinigung des Gesamtvolumens der Maschine erfolgt nicht.
Ihr Nutzen liegt im gezielten Schutz sensibler Hochdruckkanäle und kleiner Werkzeugquerschnitte. Kritische Partikel werden unmittelbar vor dem Eintritt in den Abgang reduziert. Dadurch sinkt das Risiko von Verstopfungen enger Kühlkanäle, von Druckschwankungen im Hochdruckkreis und von vorzeitigem Werkzeugverschleiß.
Nebenstromfiltration | Vollstromfiltration |
Bei der Nebenstromfiltration wird ein Teilstrom aus dem Hauptkreislauf kontinuierlich gefiltert und in den Tank der Werkzeugmaschine zurückgeführt. Das Gesamtvolumen wird dabei schrittweise gereinigt. | Bei der Vollstromfiltration wird das gesamte zirkulierende Medium kontinuierlich gefiltert. Der gesamte Volumenstrom durchläuft die Filterstufe, bevor er erneut in den Kreislauf gelangt. Eine Rückvermischung ungefilterter Anteile findet nicht statt. |
Vorteile: – nachrüstbar an bestehenden Werkzeugmaschinen – geringerer Investitionsaufwand | Vorteile: – definierte Partikelobergrenze im Gesamtsystem – konstante Partikelkonzentration im Kreislauf – reproduzierbare Medienqualität – gleichbleibende Schnittbedingungen |
Grenzen: – schwankende Partikelkonzentration im Hauptkreislauf – zeitversetzte Reinigung des Gesamtvolumens – keine definierte Partikelobergrenze im Gesamtsystem | Grenzen: – höherer Investitions- und Integrationsaufwand – stärkere Abhängigkeit von korrekter Auslegung und Dimensionierung |
Sobald eine konstante und systemweit definierte Medienreinheit erforderlich ist, reicht eine Nebenstromfiltration in der Regel nicht aus. | Die Vollstromfiltration ermöglicht eine systemweit definierte Medienreinheit. Sie ist insbesondere dort sinnvoll, wo konstante Schnittbedingungen und reproduzierbare Standzeiten gefordert sind. |
Zentrale Filterstufen – Grundreinigung des Mediums
Je nach Anlagenkonzept kommen unterschiedliche Filterprinzipien zum Einsatz. In Hochdruckanlagen von SF-Systeme Büchele kommen hierfür beispielsweise folgende Filterprinzipien zum Einsatz:
Sie definieren die Partikelgröße im zentralen Kreislauf und bilden die Basis für die gesamte Anlagenstabilität. Die tatsächliche Filtrationsleistung hängt dabei nicht nur von der nominellen Filterfeinheit ab, sondern von Partikelstruktur, Spanform und Prozessbelastung.
Feinfiltration im Hochdruckabgang – gezielter Schutz einzelner Werkzeuge
Während zentrale Filterstufen das Gesamtsystem stabilisieren, entstehen in bestimmten Anwendungen lokal höhere Anforderungen. Besonders innengekühlte Werkzeuge mit engen Hochdruckkanälen oder Düsen mit kleinen Öffnungen reagieren sensibel auf Restpartikel.
Hier kann eine zusätzliche Feinfiltration direkt im Hochdruckabgang sinnvoll sein. Ein druckfester Wechselfilter (auch Kartuschenfilter) mit einer Auslegung auf bis zu 315 bar Nenndruck wird unmittelbar hinter dem Hochdruckventilblock eingesetzt. Er filtert das Medium gezielt für einzelne Werkzeuge und reduziert kritische Partikelgrößen im relevanten Bereich.
Typische Eigenschaften des Filters:
- Kartuschenfilter mit komplexer Filterstruktur
- Filterfeinheit typischerweise im Bereich von 10µm
- druckfest für Hochdruckanwendungen
- umsteckbar zwischen einzelnen Abgängen
- in bestimmten Varianten mit zuschaltbarem Bypass (z. B. über Kugelhahn)
Es ist wichtig zu beachten, dass die Feinfiltration keine zentrale Grundreinigung ersetzt. Sie ergänzt das bestehende Filterkonzept an den Stellen, an denen lokale Anforderungen höher sind als im restlichen Kreislauf.
Anlagenkonzepte – das Zusammenspiel der Parameter für eine abgestimmte Systemauslegung
Hochdruckanlagen werden je nach Anwendung als Kompaktanlage (mit oder ohne Tank), modulare Systeme (mit Neben- oder Vollstromfiltration) oder kundenspezifische Systemlösungen realisiert.
Unabhängig von der Bauform entscheidet nicht ein einzelner Parameter über die Leistungsfähigkeit, sondern das Zusammenspiel aus:
- Maximaldruck
- Fördermenge
- Filterkonzept
- Tank- und Rückführsystem
Erst die abgestimmte Auslegung dieser Parameter gewährleistet eine stabile und wirtschaftliche Prozessführung.
Wirtschaftliche Betrachtung
In der Praxis zeigt sich, dass die Optimierung der Filtration häufig größeren Einfluss auf die Werkzeugstandzeit hat als eine reine Erhöhung des Druckniveaus.
Die Kombination aus definiertem Druck und kontrollierter Medienreinheit wirkt sich aus auf:
- verlängerte Werkzeugstandzeiten
- reduzierte Belastung von Pumpen- und Ventilkomponenten
- geringere Wahrscheinlichkeit ungeplanter Stillstände
- gleichbleibende Bauteilqualität
Filtration ist damit kein Nebenfaktor, sondern Bestandteil der Prozessstabilität. Ihre Auslegung beeinflusst sowohl die technische Performance als auch die Wirtschaftlichkeit des Gesamtsystems.
Fazit
Hochdruck verbessert die Spanabfuhr und Kühlung im Bearbeitungsprozess. Entscheidend für eine dauerhaft stabile Prozessführung ist jedoch die Reinheit des eingesetzten Mediums.
Erst die Kombination aus abgestimmter Hochdrucktechnik und geeigneter Filtration ermöglicht reproduzierbare Bearbeitungsbedingungen und wirtschaftliche Werkzeugstandzeiten.
