Die Drehmaschine definiert sich durch ein drehendes Werkstück, welches in einem Spannwerkzeug festgemacht ist. Das Spannwerkzeug besteht aus einer sich drehenden Futtereinheit mit einem so genannten Dreibackenfutter. Dieses ermöglicht eine zentrische Klemmung des Werkstücks. Eine Variante ist die Befestigung mit einer so genannten Spannzange, welche jedoch nur bei kleineren Maschinen zum Einsatz kommt, besonders in Stangendrehautomaten. Die Gefahren bei Spannzangen sind deutlich geringer als beim Dreibackenfutter:
Die größten Gefahren beim Drehen ergeben sich aus der hohen Drehzahl. Die Masse des gedrehten Teils und die Größe des Teils sind wichtige Faktoren, auf die man achten muss. Bei größeren Teilen werden entsprechend große Futterbacken verwendet. Die höchste Gefahr beim Drehen geht von besagten Futterbacken aus. Diese befinden sich auf einer Kreisbahn des Drehvorgangs. Sie sind auf so genannten Bahnen aufgebracht und können tangential wegfliegen. Eine weitere Gefahrenquelle sind die Späne. Aus ökologischen Gründen wurde der Einsatz von Kühlmittel in den Maschinen herabgesetzt. Dies hat zur Folge, dass Späne, die beim Bearbeiten des Werkstücks umherfliegen, noch heißer werden.
Die Beschaffenheiten aller Teile, die in der Maschine zu finden sind, müssen beachtet werden, so dass keine Kräfte nach außen dringen können. Höhere Drehzahlen ergaben höhere Temperaturen bei der Bearbeitung. Hohe Temperaturen führen zu Ungenauigkeiten an der Maschine. Dem hat man versucht seit Ende der 70er Jahre mit Kühlschmierstoffen entgegen zu treten. Diese haben die Spantemperatur und damit die Bearbeitungstemperatur stark herabgesetzt. Sie haben eine neue Herausforderung für die Umhausung einer solchen Maschine heraufbeschworen. Immer höhere Temperaturen und aggressivere Kühlmittel bedeuten immer aggressivere Medien. Die Drehmaschine ist gefährlich wegen hoher Massen und hoher Drehzahlen. Deshalb ist das wichtigste Teil in der Umhausung die Sicherheitsscheibe, weil der Bediener den Prozessvorgang beobachten muss.
Die Sicherheitsscheibe muss dementsprechend konzipiert sein, um bei all diesen Gegebenheiten eine gute Durchsicht, sowie Sicherheit gewährleisten zu können.
Um den Gefahren, die durch die hohen Drehzahlen, die Masse der Futterbacken und den sehr heißen Spänen entgegenzuwirken, muss das Fenster folgende Bedingungen erfüllen: hohe Rückhaltfestigkeit, hohe Festigkeit gegen kleine, heiße Späne und Bruchstabilität. Die Durchdringung des Materials muss verhindert werden. Nach heutigem Kenntnisstand kann eine Futterbacke, die aus der Maschine herauszufliegen droht, nur durch Polycarbonat sicher zurückgehalten werden, wenn Durchsicht und entsprechende Leichtigkeit der Bauelemente verlangt wird.
Die Polycarbonatscheibe ist jedoch chemisch instabil. Sie verträgt weder Kühlmittel noch Klebstoffe. Mechanisch verträgt sie weder Hitze noch Metallteile. Die Glasscheibe, die vor die Polycarbonatscheibe gesetzt wird, hat sich als resistent gegenüber den Spänen und Kühlmitteln erwiesen und kann als Schutz für die Polycarbonatscheibe verwendet werden.
Das SEGE-Sicherheitsfenster hat sich nicht nur wegen der Kombination aus Glas und Polycarbonat, sondern auch durch den Edelstahlrahmen, in dem der Verbund der beiden Scheiben eingebettet ist, als besonders effizient für Drehmaschinen erwiesen.
Der Verbund ist schwimmend in diesen Rahmen eingebettet: das Polycarbonat, welches eine sehr hohe Biegefestigkeit hat, aber gegen Bohren und Klemmen Empfindlichkeiten aufweißt, ist mit dem Rahmen in die Maschinentür eingebracht. Bei einem Ausbruch einer Futterbacke oder eines Werkstücks, wird die Polycarbonatscheibe erst im Moment des Treffens auf die Haube gepresst. Dann kommt es zu einer Verkantung oder Verpressung der Polycarbonatscheibe. Somit ist erst im letzen Moment die Polycarbonatscheibe in ihrer Fangwirkung gefragt, da erst dann Spannung auf die Scheibe kommt. Diese Wirkung wird nicht schon vorher durch die Belastung einer Befestigung der Scheibe aufgebraucht. Es hat sich über die Jahre gezeigt, dass die Ergebnisse einer so schwimmend gelagerten Scheibe deutlich besser sind als eine verkantete, verklemmte oder auch gebohrte Scheibe.
Man unterscheidet horizontales und vertikales Drehen. Horizontal bedeutet, die Futterbacke dreht aus der Maschine heraus in horizontaler Richtung. Hier kann durch entsprechende Konstruktion der Haube, durch Anbringen von Blech im direkten Späneflugbereich, die Sicherheitsscheibe vor zu viel Spanbeschuß geschützt werden. Dies ergibt eine lange Verwendungsdauer und Bruchsicherheit der Sicherheitsscheibe. Bei vertikalen Drehmaschinen ist das allerdings nicht möglich. Sie wirft immer Späne direkt auf die Scheibe aus. Deshalb sind diese Maschinen von der Sicherheitsseite her auch kritischer, weil der Bediener die Futterbackeneinheit immer auf sich zukommen sieht.
Eine häufig gestellte Frage ist:
"Warum ist die Futterbacke das Problem, die bearbeiteten Teile sind doch oft viel schwerer?"
Wenn der Nutenstein, der die Futterbacke an seinem Platz hält, bricht, verlässt diese das Futter und bringt die ganze Drehenergie auf eine laterale Bahn, indem die Futterbacke tangential die Umlaufbahn verlässt. Das eingeklemmte Werkstück bewegt sich auch horizontal, jedoch stabil auf seiner Drehachse. Wenn es in sich bricht, bewegt sich das Teil diffus in der Maschine. Hier spricht man vom sogenannten Knüppeleffekt. Es ist keine direkte Einwirkung der Gesamtmasse des gedrehten Teils auf das Fenster zu erwarten. Deshalb wurde auch die Europanorm EN 23125 auf die Gefahr der Futterbacke hin ausgerichtet.
Chemische Einwirkung und die UV-Empfindlichkeit haben gezeigt, dass Polycarbonat vor allem in Drehmaschinen ein starkes Alterungsverhalten aufweist. Das Material zeigt Versprödungserscheinungen. Normalerweise ist eine Polycarbonatscheibe biegbar und fängt große Massen ab. Sind die Molekularketten spröde, reißen sie. Bei der Drehmaschine ist dies, auf Grund der großen Massen, ein Nachteil.
Die Firma SEGE empfiehlt ein Austauschintervall von 8 Jahren.
Alterungsversuche haben zwar gezeigt, dass auch nach 13 Jahren ein SEGE-Sicherheitsfenster die ursprüngliche Rückhaltsfestigkeit behalten hat, jedoch kann nicht vorausgesehen werden, welche Veränderungen des Bearbeitungsprozesses in der Zukunft zu erwarten sind. Es ist auch nach zehn Jahren zu erwarten, dass eine SEGE-Sicherheitsscheibe nicht alterungsspezifisch unsicher wird. Die Alterungsstabilität wird erreicht, durch das rundherum Abschirmen der Polycarbonatscheibe aus dem chemischen Medium. Innen durch Glas, außen durch Beschichtung oder eine zusätzliche Scheibe sowie dem Edelstahlrahmen, der der ganzen Konstruktion eine Festigkeit verleiht.
Die Fräsmaschine zeichnet sich durch ein sich drehendes Werkzeug und ein stehendes Werkstück aus. Anders als bei der Drehmaschine drehen sich hier die Fräser oder Bohrer. Die Maschine hat eine so genannte Werkzeugspindel, die sehr hohe Geschwindigkeiten erreichen kann. Es wird mit bis zu 40.000 Umdrehungen pro Minute gearbeitet.
Die größte Gefahr bei der Fräsmaschine geht von den Werkzeugen aus. Vor allem die Messerköpfe sind als Risikofaktoren zu betrachten. Die Messerköpfe sind in einer Fräskassette aufgenommen. Es besteht durchaus die Gefahr, dass sich die komplette Fräskassette löst. Eine Fräskassette wiegt zwischen 50 und 100 g. Durch die hohe Geschwindigkeit in der Maschine kommen hohe Kräfte, aber vor allem auch Durchdringungskräfte zum Tragen, da die Fläche dieser Teile sehr klein ist und damit die Geschwindigkeit auf die Schutzmaterialien voll durchschlägt.
Man hat sich in Europa auf ein kritisches Gewicht von 100 g festgelegt. Dies ist niedergeschrieben in der EN 16090-1.
Beim Fräsvorgang ist noch mehr Kühlmittel im Umlauf als bei der Drehmaschine, da es auf Grund der höheren Drehzahl in der Maschine noch heißer wird. Unter Umständen wird mit einem kleinen Fräser oder Bohrer bei bis zu 40.000 Umdrehungen gearbeitet. So werden immense Temperaturen erreicht. Der Vorteil für die Sicherheitsscheibe ist, dass die Arbeitsräume in der Fräsmaschine viel größer als in einer Drehmaschine sind. Die Späne haben mehr Zeit, Temperatur und Geschwindigkeit zu verlieren. Sie sind außerdem wesentlich leichter. Deswegen ist der Verschleiß an der Glasscheibe durch die Späne auch deutlich geringer.
Problematik von Fehlsteuerungen:
Es besteht die theoretische Möglichkeit, dass eine Frässpindel bis zu 40.000 mal in der Minute drehen kann, das verwendete Werkzeug aber nur für auf Grund seine Größe für 10.000 zugelassen ist. Solche Zusammenhänge müssen von der Steuerungsseite gelöst werden, da es hierfür keine Schutzmaßnahmen vernünftiger Art gibt. Ein solcher Fräser kann eine Geschwindigkeit von über 300 m/sec erreichen. Dies ist von der Schutzmaterialienseite her in Bezug auf Dicke und Preis nicht machbar und es muss deshalb von Steuerungsseite kontrolliert werden, dass ein Fräser nicht zu hohe Drehzahlen erreicht. Es ist möglich bis zu 210 m/s vernünftige Sicherheitsfenster zu konzipieren.
Ein Sicherheitsfenster muss einen Beschuss mit der tatsächlichen Drehgeschwindigkeit und den damit verbundenen 100 g aushalten. Einen Sicherheitsfaktor wie bei den Drehmaschinen gibt es hier nicht, weil die Massen gering sind und sich damit kein Aufschlag der Gefahrenmomente durch die Massen ergibt.
Prüfverfahren: Schuss auf das prüfende Material mit der tatsächlichen Geschwindigkeit mit einem 100 g Normengewicht, dass von der Form des Beschussgewichtes der Drehmaschine entspricht.
Ferner kann eine Spindel brechen (dies kommt allerdings sehr selten vor). Bricht die Spindel, sind plötzlich bis zu 5 kg in Bewegung, die sich die Kreisbahn verlassend auf die Scheibe zubewegen können.
Der Konstrukteur muss letztendlich abwägen, welche Art des Sicherheitsfensters für seine Bedürfnisse nötig ist. Sind vor allem Späne oder Kühlmittel in der Maschine, die das Fenster belasten? Oder gibt es - wie bei der Trockenbehandlung - vor allem äußerst heiße Späne? Gerade dann ist eine Lösung mit Glas und Polycarbonat unumgänglich.
Die Anforderungen der Kunden mit Fräsmaschinen gehen, auf Grund des großen Arbeitsraums, in Richtung sehr großer Scheiben. Dies geht einher mit einem großen Kostenfaktor, der bei einer Polycarbonat-Verbundscheibe (wie dem Standart SEGE-Sicherheitsfenster)durchaus die Dimension der Vorstellung des Kunden entsprechen können. Deshalb geht man bei Fräsmaschinen, wenn der Abstand zur Werkzeugspindel von der Scheibe aus relativ groß ist, alternativ zu einer Polycarbonatscheibe mit einer so genannten Indikatorfolie über. Hier wird die Polycarbonatscheibe als Sicherheitsscheibe genommen. Man kaschiert auf die Maschineninnenseite eine kratzfeste Folie aus PET (Polyethylenterephtalat). Dieses Material zeichnet sich durch starke chemische Resistenz und auch großer Schlagzähigkeit aus. Die Folie verhindert ein Eindringen des Kühlschmierstoffes in die Polycarbonatscheibe. Sie wird deshalb als Indikatorfolie bezeichnet, weil sie eine klare Trennung zwischen Polycarbonat und dem Arbeitsraum schafft, wenn sie durch zu viele Späne durchgearbeitet ist, zeigt sich wenn sie verletzt ist. Dies ist der Nachteil bei der Polycarbonatscheibe, die unter umständen von den Spänen aufgefressen wird, ohne dass man genau weiß, wie lange die Einwirkung des Kühlschmierstoffes auf die Scheibe bereits dauert.
Beim Fräsen treffen eventuell Teile mit sehr hohen Geschwindigkeiten auf die Scheibe. Dies ist vergleichbar mit dem Schuss aus einem Gewehr. Es treten plötzlich hundert bis zu 200 m/s an Geschwindigkeit auf. Mit einer Masse von 100 Gramm ist man im Gegensatz zu einer Kugel aus einer Pistole, die nur fünf Gramm wiegt, bezüglich der Aufprallenergie in ganz anderen Bereichen, deshalb fällt z. B. nur Glas als Schutzwerkstoff aus.
Ferner sind die Kräfte, die auf die Befestigung wirken, deutlich geringer als bei der Drehmaschine, da die Masse geringer ist. Dies führt dazu, dass dort Konstruktionen, mit weniger Randauflage (15mm genügen) angewendet werden. Mehr Auflage kann aber durchaus von Vorteil sein, denn unter Umständen könnte auch das Werkstück durch fehlerhafte Prozesse beim Fräsvorgang brechen, ein großes Teil des Werkstücks könnte beschleunigt und auf die Scheibe geworfen werden. Dann hat man nicht nur 100 g sondern ein Gewicht, das dem Werkstück entspricht. Dies kann durchaus 1-5 kg schwer sein. Gegen einen Beschuss mit großer Masse hilft nur die Auflage der Polycarbonatscheibe, weil eine gebogene, gedehnte Scheibe durch das Fensterloch durchgezogen werden kann.
Der Alterungsfaktor bei der Fräsmaschine spielt nicht die gleiche Rolle wie bei der Drehmaschine. Dies ist darauf zurückzuführen, dass man es hier mit 100 g Massen und nicht mit Massen von 2,5 kg zu tun hat.
Ferner hat die Polycarbonatscheibe, die auch beim Fräsprozess benutzt wird, gar nicht die Zeit auszuweichen wie bei einer Drehmaschine, bei der Geschwindigkeiten von 60-80 m/sec stattfinden. Mit einer Geschwindigkeit von 180 m/sec hat das Material nicht die Zeit sich auszudehnen. Durch den Schuss wird das Material aufgebraucht und zusammengedrückt.
Ist die auftretende Kraft größer als das, was die Scheibe tatsächlich aushält, wird ein Loch gestanzt. Es ist ein grundsätzlicher Unterschied, dass die Ausbeulung des vorher so dehnbaren Materials beim Fräsen nicht die gleiche Rolle spielt. Dies bedeutet, dass man auch das Versagen einer Scheibe nicht so gut vorhersagen kann, wie bei der Drehmaschine. Deshalb muss man die Grenzen, die die EN 16090-1 vorgibt, genau einhalten.
Anhand der Indikatorfolie ist klar ersichtlich, dass die Alterung des Polycarbonats mit Verletzung der Folie beginnt. Das Austauschintervall der Polycarbonatscheibe wird mit zwei Jahren angegeben. Tests haben gezeigt, dass schon nach einem Jahr mit einem Rückgang der Sicherheit zu rechnen ist. In Fachkreisen hat man sich auf eine Austauschpflicht von 2 Jahren geeinigt. Durch die Indikatorfolie erhöht sich das Intervall auf fünf Jahre oder ein Jahr nach Beginn des Auflösungsprozesses der Folie. Sollte die freie Sicht nicht mehr gewährleistet sein, sollte der Austausch schon früher erfolgen. Wenn sich die Folie schon sehr früh beginnt aufzulösen, sollte der Maschinenbetreiber auf eine Lösung von Polycarbonat mit Glas und Edelstahlrahmen (dem klassischen SEGE-Fenster) umsteigen.
Zu unterscheiden sind hier Rundschleifmaschinen und Bandschleifmaschinen. Bei Rundschleifmaschinen dreht sich eine Schleifscheibe in vertikaler oder horizontaler Richtung. Im Normalfall gibt es dort einen Primärschutz, der um die Schleifscheibe herum schon aufgebaut ist.
Im Bereich der Bearbeitung ist ein Öffnungsmaul von ca. 62 °. Es wird von einer Primär- oder Sekundärsicherheitseinrichtung gesprochen, so dass in vielen Fällen das Sicherheitsfenster nur sekundäre Sicherheitsanforderungen erfüllen muss. Das bedeutet, die komplette Kraft, die aus der Schleifmaschine kommen kann, muss nicht durch die Sicherheitsscheibe ausgehalten werden. Bei Maschinen ohne Schleifscheibenschutz ist darauf zu achten, dass im direkten Flugfeld der Scheibenbruchstücke möglichst eine dicke Blechschutzeinrichtung vorliegt. Ist das nicht machbar, sollte eine Sicherheitsscheibe aus einer extrem hohen Widerstandsklasse eingesetzt werden, weil ein Schleifscheibenbruchstück durchaus auch 8 oder 15 kg wiegen kann. Es ist deshalb kaum möglich, mit handelsüblichen Materialien eine Sicherheit zu gewährleisten.
Die Schleifmaschine benötigt besonders viel Schleifmittel und Schleiföl. Das Öl ist angereichert mit feinem Abrieb, der großen Schaden auf der Scheibe anrichten kann.
Es ist auch mit viel Schleifemulsion zu rechnen. Diese kann das Fenster sehr stark erodieren. Das kann soweit führen, dass eine Polycarbonatscheibe so poliert wird, dass man ihr gar nicht ansieht dass sie dünner geworden ist. Dies kann bei einer Glasscheibe nicht passieren, da das Glas angeschliffen ist und deshalb irgendwann brechen wird. Somit ist einem Verbund aus Glas und Polycarbonat bei Schleifmaschinen der Vorzug zu geben.
Wenn kein direkter Beschuss vorliegt und relativ saubere Schleifemulsion auf das Fenster aufspritzt, kann das Glas durchaus mit Indikatorfolie substituiert werden.
SEGE-Sicherheitsfenster eignen sich auch zum Ausstatten von Prüfständen wenn die Gefahr besteht, dass Prüfobjekte bersten oder weggeschleudert werden.
Gerne beraten wir Sie hierzu telefonisch.
SEGE-Sicherheitsfenster sind kompatibel mit rotierenden Sichtfenstern wie Rotoclear und Spinvista.
Gerne beraten wir Sie hierzu telefonisch.
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