Zerspanung von Holz und Holzwerkstoffen

Inhaltsverzeichnis

1. Frontmatter

2. 1. Einleitung

   Christian Gottlöber

   Zusammenfassung

   Das Trennen von Holz und Holzwerkstoffen hat eine lange Tradition, welche zum einen mit der seit jeher bestehenden Verfügbarkeit und zum anderen mit den äußerst positiven Bearbeitungs- und Gebrauchseigenschaften von Holz nahezu weltweit begründet werden kann. Es ist davon auszugehen, dass ungefähr seit der Altsteinzeit (2,4 Mio. bis etwa 8000 v. Chr.) Holz neben der thermischen Verwertung stofflich be- und verarbeitet wird. Damit zählt Holz zu den ältesten Werkstoffen der Menschheit. Gegenwärtig werden jährlich ca. 2 Mrd. m³ Rohholz weltweit stofflich verwertet (FAO, 2019).

3. 2. Zerspanung – Einordnung der Verfahren

   Christian Gottlöber

   Zusammenfassung

   Die Zerspanung von Holz und Holzwerkstoffen hat das Ziel, Werkstücke in ihrer äußeren Form zu fertigen. Dazu werden bestimmte Fertigungsverfahren eingesetzt, die zumeist keilförmige Schneiden verwenden.

4. 3. Werk- und Schneidstoffe

   Christian Gottlöber

   Zusammenfassung

   Die Zerspanung und die dabei zu beobachtenden Vorgänge hängen unmittelbar mit dem Aufbau und den Eigenschaften der interagierenden Werkstoffe der Wirkpaarung zusammen. Darunter sind zum einen das zu bearbeitende Material (Werkstück) – Holz und Holzwerkstoffe – und zum anderen das zur Spanerzeugung eingreifende Material des Schneidteils (Schneidenwerkstoff) – Schneidstoff oder Schleifmittel – zu verstehen.

5. 4. Spanbildung und Trennvorgang

   Christian Gottlöber

   Zusammenfassung

   Der Spanbildungs- bzw. Trennprozess bei der Bearbeitung von Holz und Holzwerkstoffen ist sehr eng mit dem Bearbeitungsmaterial bzw. Materialmix und dessen bruchmechanischen Eigenschaften und Struktur verbunden. Die ausgeprägte Anisotropie von Holz bringt richtungsabhängige Trenn- bzw. Zerspanungseigenschaften. Bei Holzwerkstoffen sind zudem der Aufschlussgrad der Strukturelemente und der Verbundwerkstoffaufbau bedeutsam. Hinzu kommen Einflussfaktoren, die sich aus den geometrischen Gegebenheiten und den kinematischen Verhältnissen ergeben. Generell gilt, dass beim Eindringen der Werkzeugschneide bzw. des Schneidteils in den Bearbeitungswerkstoff in der unmittelbaren Umgebung des Schneidkeiles Spannungen hervorgerufen werden, die die Fließbzw. Bruchgrenze des Werkstückmaterials überschreiten (Weber & Loladze, 1986). Dabei kommt es auch zu plastischen Verformungen, die sich durch kollabierte, verdichtete Zellstrukturen äußern können.

6. 5. Kinematik und Geometrie

   Christian Gottlöber

   Zusammenfassung

   Eine Begriffserklärung zur geometrischen und kinematischen Gestaltung von Zerspanungsvorgängen ist unbedingt notwendig, um die Trennprozesse in der Fachsprache eindeutig beschreiben und verstehen zu können. Neben der Betrachtung der gesamten Prozessumgebung ist vor allem die Wirkstelle zwischen Werkzeug und Werkstück (Einwirkung des Werkzeuges auf das Werkstück) von Bedeutung. Zum Verständnis der Vorgänge sollen in diesem Abschnitt Ebenen, Bezugssysteme, Winkel, Bewegungen, Bewegungsrichtungen, Geschwindigkeiten, Wege, Flächen, Vorschub-, Eingriffs- und Spanungsgrößen weitestgehend allgemeingültig definiert und die holztechnischen Besonderheiten dargestellt werden.

7. 6. Maschine und Werkzeug

   Christian Gottlöber

   Zusammenfassung

   Neben der Möglichkeit Holzzerspanungsprozesse manuell auszuführen, werden heutzutage vor allem Maschinen und Anlagen eingesetzt. Holzzerspanungsmaschinen lassen sich grundsätzlich in Stationär- und Durchlaufmaschinen unterteilen. Unterschiede bestehen hinsichtlich der technischen Umsetzung der Vorschubbewegung, der Losgrößenflexibilität, der Werkzeuge, der Vorschub- und Schnittgeschwindigkeit sowie der Integration in den Fertigungsablauf. Die Entscheidung über die Art der Maschine hängt sehr stark vom Werkstück, der Bearbeitungsaufgabe und von der Fertigungsstruktur ab.

8. 7. Verfahrenstypen

   Christian Gottlöber

   Zusammenfassung

   Der Zerspanungsprozess, der durch eine Interaktion von Schneidteil und Werkstück realisiert wird, kann auf ganz unterschiedliche Art und Weise durchgeführt werden. Zur Erzielung bestimmter Werkstückgeometrien und Oberflächenqualitäten bzw. zur Erledigung bestimmter Zerspanungsaufgaben haben sich im Laufe der letzten Jahrhunderte eine Reihe an Verfahren entwickelt und etabliert, die wir heute als Unterverfahren des Trennens (Kapitel 2) kennen. In der Folge sollen die bedeutendsten Verfahren der Holzzerspanung sowie einige wichtige Zerteil- und Abtragsverfahren systematisch nach allgemeinen Merkmalen und Besonderheiten vorgestellt und zusammenfassend die Verfahrenskinematik und -geometrie aus Kapitel 5 zugeordnet werden.

9. 8. Systematik verfahrensbeschreibender Größen und Parameter

   Christian Gottlöber

   Zusammenfassung

   Verfahren sind als Prozesse dadurch gekennzeichnet, dass es zu einer Zustandsänderung am Prozessobjekt, dem Arbeitsgegenstand (Werkstück) kommt. Diese Änderungen können sich auf die Form und Gestalt, den Stoffzusammenhalt, die Materialeigenschaften, den Ort oder die Zeit beziehen. Bei spanenden Trennprozessen an Holz und Holzwerkstoffen erfolgt eine maßgebliche Änderung in der Form und Gestalt des Arbeitsgegenstandes. Zur Realisierung des Prozesses werden bestimmte Arbeitsmittel benötigt, die in diesem Zusammenhang als Maschine und Werkzeug und deren direkte Umgebung zu beschreiben sind. Im Prozess werden entsprechende Informationen, Stoffe und Energien eingesetzt und umgewandelt (Bild 8.1). (Maier, 1997; Müller, 1986)

10. 9. Einflüsse auf den Zerspanungsprozess

    Christian Gottlöber

    Zusammenfassung

    Bei Zerspanungsprozessen werden, wie in Kapitel 8 vorgestellt, vornehmlich folgende technologische Zielgrößen (Prozess- bzw. Wirkpaarungsausgangsgrößen) betrachtet:

    • Quantität (Mengenleistung, Kapazität),
    • Qualität,
    • Energie,
    • Verschleiß und
    • Schutzgüte (Lärm- und Staubemissionen).

11. Backmatter