Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Die Produktion und Bearbeitung von Natur-Werkstein ist in Deutschland seit Jahren r\u00fcckl\u00e4ufig. Gr\u00fcnde hierf\u00fcr sind der vermehrte Einsatz des k\u00fcnstlichen Betonsteins und Leistungsgrenzen bei bestehenden Bearbeitungsverfahren. Um den unter \u00f6kologischen Aspekten vorteilhaften Naturwerkstein auch k\u00fcnftig verst\u00e4rkt einsetzen zu k\u00f6nnen, ist die Anwendung von neuen Technologien in der Natursteinbearbeitung erforderlich. Die durch die DBU finanzierten Voruntersuchungen zur Eignung des innovativen Elektroim-pulsverfahrens (EIV) f\u00fcr die Bearbeitung von Naturstein (Az. 16933, Nov.2000 – April 2002) brachten positive Ergebnisse, die in diesem Projekt gemeinsam mit industriellen Partnern perspektivisch zu einer technischen Umsetzung weiterentwickelt wurden. Es besteht die \u00dcberzeugung, dass mit diesem Verfahren die Leistungsgrenzen bestehender Bearbeitungstechnologien aufgebrochen werden und ein wesent-licher Beitrag zu einer \u00f6kologischen und wettbewerbsf\u00e4higen Produktion von Naturstein in Deutschland geleistet werden kann.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenBevor das Verfahren zur serienreifen maschinellen Anwendung gelangt, waren weitere Untersuchungen, Entwicklungen und Experimente durchzuf\u00fchren. Dabei waren die im Rahmen der eigenen Voruntersuchung erarbeiteten L\u00f6sungsans\u00e4tze am Hochspannungsimpulsgenerator, Werkzeugschneid-, Bewegungs-, Sicherheits-, Bedien-, und Wasserkreislaufsystem umzusetzen. Mit einem EIV-Prototyp (Demonstrator), der gleichzeitig f\u00fcr technologische Versuche genutzt wird, wurde eine solide Basis f\u00fcr die praxisreife EIV-Maschinenentwicklung und Verfahrensanwendung geschaffen.
\nInhalt des Projektes war die Bemessung, die Entwicklung sowie Fertigung und die Inbetriebnahme, Durchf\u00fchrung technologischer Untersuchungen und Experimente sowie deren Auswertung mit einem universellen EIV-Prototypen. Mit den am Prototypen durchgef\u00fchrten technologischen Untersuchungen wurden verfahrens- und gestaltungstechnische Merkmale f\u00fcr den EIV-Prozess f\u00fcr vielf\u00e4ltige Natursteinarten bestimmt.
\nUm diese Aufgaben zu l\u00f6sen bearbeiteten die Hochschulinstitute den elektrischen Teil und die Experimente, der Maschinenbauer und das IFBL den mechanischen Teil und die Experimente und die weiteren Partner stellten die Versuchsmaterialien, unterst\u00fctzen die praktischen Untersuchungen sowie die Versuchsauswertung und die \u00d6ffentlichkeitsarbeit.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Der Prototyp zur Untersuchung des Elektroimpulsverfahrens (EIV) auf seine Eignung zur Natursteinbearbeitung wurde aufgebaut und erfolgreich in Betrieb genommen. Nach dem Erbringen des Funktionsnachweises und dem Abschluss aller Einstellungsarbeiten wurde mit den Versuchsreihen zur Bearbeitung von Natursteinen begonnen wurden. Die G\u00fcte der erzeugten Schnitte hat sich w\u00e4hrend dieser Experimente aufgrund der Anpassung der Prozessparameter stark verbessert. Als Parameter zur Beeinflussung der Schnittqualit\u00e4t wurden die Elektrodenform, der Elektrodenabstand, die Durchschlagspannung und die Vorschubgeschwindigkeit untersucht. Als Bearbeitungsobjekt wurden der Granit Vanga Rosso und Branco Micaela durch die Firma Zeidler & Wimmel Steinbruch- und Steinmetzbetriebe zur Verf\u00fcgung gestellt. Als dielelektrisches Medium wurde vollentsalztes Wasser benutzt.
\nBeide Gesteinsarten befanden sich immer gleichzeitig im Wasser, um gleiche Umgebungsbedingungen zu gew\u00e4hrleisten. Zu diesem Zweck erfolgte auch die permanente Kontrolle der Ladespannung des Generators und des Leitwertes des Dielektrikums. Zudem stand eine Stossspannungsmessanlage zur Verf\u00fcgung mit der die charakteristischen Gr\u00f6\u00dfen der Stossspannungsentladungen bestimmt wurden. Nach jedem Versuch wurde der erzeugte Schnitt vermessen und optisch bewertet.
\nBegonnen wurde mit der Untersuchung des Einflusses der Elektrodenform auf die Schnittg\u00fcte. Dabei wurde gezeigt, dass mit schmalen Flachstahlelektroden deutlich bessere Schnitte erzeugt werden als mit Rundstahlelektroden. Danach wurde der Einfluss des Elektrodenabstandes untersucht. Mit dem kleinstm\u00f6glichen Elektrodenabstand von 6 mm wurde der beste Schnitt erzeugt. Im Anschluss daran folgte die Ver\u00e4nderung der Durchschlagspannung, um deren Einfluss zu pr\u00fcfen. Die Schnittg\u00fcte verbesserte sich mit abnehmender Durchschlagspannung.
\nZum Abschluss der Versuchsreihe wurde der Einfluss der Vorschubgeschwindigkeit betrachtet. Das Ergebnis zeigt, dass mit zunehmender Vorschubgeschwindigkeit die Schnitte schmaler und gleichm\u00e4\u00dfiger werden.
\nDie Schnittg\u00fcte konnte im Lauf der Untersuchungen stetig verbessert werden. Die qualitativ beste Schnittqualit\u00e4t wurde auf der Prototypanlage mit folgenden Einstellungen erzielt:
\n–\tFlachstahlelektroden
\n–\tElektrodenabstand 6 mm
\n–\tDurchschlagspannung 230 kV
\n–\tVorschubgeschwindigkeit 6 mm\/s.
\nDie erreichte Schnittqualit\u00e4t sowie die Schnittleistung blieben noch hinter den konventionellen Verfahren zur\u00fcck. Es ist jedoch anzumerken, dass bei den Experimenten vor allem auf die Schnittg\u00fcte geachtet wurde. Der spezifische Energiebedarf ist hingegen geringer als bei den herk\u00f6mmlichen Verfahren, obwohl noch keine Optimierung hinsichtlich Energieeffizienz stattgefunden hat. Der Energiebedarf des EIV betrug am Versuchsstand in der optimalen Versuchseinstellung 3,4 kWh\/cm\u00b2. Eine Trenns\u00e4ge hat dagegen einen Bedarf von ca. 4,4 kWh\/cm\u00b2, eine Pendelgatters\u00e4ge etwa 5,2 kWh\/cm\u00b2.
\nEine gesonderte Betrachtung der m\u00f6glichen Plattenst\u00e4rke erfolgte nicht, da die Elektrodenbefestigung kein vollst\u00e4ndiges Durchschneiden der Gesteinsbl\u00f6cke erlaubte. Dennoch wurden auch auf diesem Gebiet wichtige Erkenntnisse gesammelt. F\u00fcr den Granit Vanga Rosso wird eine minimale Plattenst\u00e4rke von 30 – 40 mm abgesch\u00e4tzt.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens entstanden mehrere Arbeiten und Berichte, die an der TU Dresden ver\u00f6ffentlicht wurden. Ebenso wird dieser Abschlussbericht ver\u00f6ffentlicht. Zu dem wurden die Ergebnisse auf einer Tagung einem Fachpublikum vorgestellt. Der Steine – und Erden-Industrieverband Sachsen e. V. verbreitet die Ergebnisse bei den Mitgliedsunternehmen.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Die gegenw\u00e4rtig eingesetzten Technologien beim Bearbeiten des Natur-Werksteins zeigen typische Probleme wie hoher Werkzeugverschlei\u00df, intensive Ger\u00e4usch-, Staub- sowie Schadstoffemission. Mit dem Einsatz des neuen Trennverfahrens werden diese Nachteile beseitigt und es wird eine Trendwende hin zu einer \u00f6konomischeren und besonders \u00f6kologischeren Bearbeitungsmethode f\u00fcr die gesamte Natursteinbranche er\u00f6ffnet.
\nDurch weitere Forschung und mit Hilfe eines weiter entwickelten Generators wird es m\u00f6glich sein die Schnittg\u00fcte weiter zu erh\u00f6hen. Durch die Entwicklung und Umsetzung eines neuen Generators auf Basis des Marxprinzips, k\u00f6nnen die Schnittqualit\u00e4t und die Schnittleistung erh\u00f6ht werden. Es wurde gezeigt, dass das EIV als alternatives Bearbeitungsverfahren im Bezug auf Energieeffizienz und Verschlei\u00df be-reits deutliche Vorteile gegen\u00fcber den konventionellen Verfahren hat<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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