Low-noise circular saw blades for wood and wood-based material cutting
Acoustics
Final Report Abstract
Kreissägeblätter mit reduzierter Geräuschentwicklung werden zwar in verschiedensten Varianten am Markt angeboten, bieten jedoch einen begrenzten Anwendungsbereich. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde deswegen eine Methodik entwickelt, die es erlaubt, eine an beliebig geforderte Prozessbedingungen (Werkstoff, Werkzeug, Vorschub, Drehzahl, etc.) anpassbare lärmarme Werkzeuggestaltung zu realisieren. Im ersten Projektabschnitt wurden Zerspanuntersuchungen mit Massivholz und Holzwerkstoffen durchgeführt, um eine umfangreiche Datenbasis zu werkstoff- und prozessabhängigen Spänekollektiven zu generieren. Mit den damit gewonnenen Erkenntnissen zum Raumbedarf der Spanmenge, der Spangrößenverteilung sowie dem Füllgrad der Spanräume wurde mit Hilfe eines idealisierten analytischen Berechnungsverfahren das minimal notwendige Spanraumvolumen in Abhängigkeit des zu bearbeitenden Materials und der werkzeugtechnischen Geometrieparameter ermittelt. Auf Grundlage der hierbei berechneten Spanraumgrößen wurden im Rahmen des zweiten Projektabschnittes konstruktive Gestaltungsmöglichkeiten konzipiert und diese in numerischen Parametersimulationen mit ANSYS CFX hinsichtlich ihres akustischen Verhaltens untersucht. Die Ergebnisse der Strömungssimulationen wurden über die akustische Analogie in Schallgrößen umgerechnet und mit den zuvor durchgeführten Werten der Schallmessungen an rotierenden Kreissägeblätter validiert. Darüber hinaus wurden weitere Konstruktionsmaßnahmen an Zahnrücken und Spanraumgrund hinsichtlich ihrer schallreduzierenden Wirksamkeit untersucht und analysiert. Die Untersuchungen haben ergeben, dass hierdurch eine geeignete Veränderung der Luftströmungen am Kreissägeblatt möglich und damit eine Reduktion der Schallemissionen realisierbar ist. In der dritten Phase wurden mit realisierten Prototypenwerkzeugen unterschiedliche Werkstoffe zerspant, um die prinzipielle Eignung der Werkzeuge zu untersuchen. Zudem wurden abschließende Akustikmessungen durchgeführt, um die lärmmindernde Wirksamkeit der konstruktiven Lösungsmaßnahmen zu überprüfen. Die aus diesem Projektvorhaben resultierende methodische Herangehensweise zur konstruktiven Auslegung von lärmarmen Kreissägewerkzeugen kann prinzipiell auf alle Bearbeitungsprozesse, die eine Kreissäge bzw. Kreissägeblätter integriert haben, übertragen werden. Neben dem Einsatzgebiet der Formatkreissägen im handwerklichen Gewerbe, wären auch Untersuchungen in der Sägewerks- oder Plattenaufteiltechnik in der industriellen Fertigung von Interesse. Anzumerken ist jedoch auch, dass jegliche zusätzliche Formänderung am Stammblatt einen zusätzlichen Aufwand (Zeit, Kosten) in der Fertigungskette der Werkzeugherstellung mit sich bringt. In aktuellen Gesprächen mit einem Werkzeughersteller wird die industrielle Umsetzung und Erweiterung der Forschungsidee durch die hier gewonnenen Erkenntnisse im Rahmen eines DFG-Transferprojektes diskutiert.
Publications
- (2016). Spanauflockerungsfaktor und Spangrößenverteilung. Holztechnologie, (57), 19–26
Blaga, A., Talpeanu, D., & Stehle, T.
- (2018). Numerical flow simulation of rotating circular saw blades for the Investigation of Sound Generation mechanisms. Journal of Machine Engineering, 18(1), 61–71
Möhring, H. C., Stehle, T., Güzel, K., & Zizelmann, C.
(See online at https://doi.org/10.5604/01.3001.0010.8823)
