Turbinenwinkelschleifer

Der Turbinenwinkelschleifer von Deprag bietet eine Leistung von 4,5 Kilowatt.Bild: Deprag

Funken stieben, der Werftarbeiter schwitzt hinter seiner Schutzbrille. In seinen mit Handschuhen geschützten Händen hält er einen Winkelschleifer. Mit Kraft und Ausdauer glättet er störende Schweißnähte, die beim Zusammenfügen der Stahlhaut des Schiffskörpers in der Werft entstanden sind. Ein harter Job für Mensch und Maschine, der zumeist im Akkord und Mehrschichtbetrieb bewältigt werden muss. Die kraftaufwendige Belastung durch Gewicht und Vibration des Winkelschleifers fordert den ganzen Mann. Jede Ermüdungserscheinung des Arbeiters wirkt sich unmittelbar auf das Arbeitsergebnis und damit die Produktivität aus.

Daher stehen bei der Auswahl des richtigen Industriewerkzeugs das Verhältnis von Gewicht und Leistung des Arbeitsgerätes im Fokus. Innovative Druckluft betriebene Turbinenwinkelschleifer trumpfen mit einem sehr günstigen Leistungsgewicht (kW/kg) auf und stellen so eine überzeugende Alternative zu herkömmlichen Geräten dar.

Im Tunnel- und Bergbau des 19. Jahrhunderts begann die Erfolgsgeschichte der Druckluftwerkzeuge. In einer explosionsgefährdeten Umgebung, in der ein einzelner Funke eine dramatische Auswirkung haben kann, sind Elektro-werkzeuge gar nicht, Druckluftwerkzeuge jedoch ohne Gefahr einsetzbar. Ein weiterer Vorteil: Druckluft betriebene Werkzeuge sind zwischen 30 und 50 Prozent leichter als ihre elektrischen Pendants. Die Belastung des Werkers wird reduziert und die Produktivität erhöht.

Heutzutage ist man vor allem bemüht, die Effizienz der Luftmotoren zu verbessern. Gerade an diesem hochaktuellen Punkt setzt nun die Entwicklung des Turbinenwinkelschleifers an. Denn die Turbine ist eine Strömungsmaschine und nutzt die Expansion der Druckluft mit einem sehr hohen Wirkungsgrad. Dadurch sinkt der Luftbedarf des Turbinenschleifers gegenüber einem gleichstarken Schleifer mit Lamellenmotor deutlich. Die Energiebilanz stimmt.

Halbiertes Leistungsgewicht

Das Leistungsgewicht beträgt sogar nur die Hälfte im Vergleich zum Druckluftlamellenmotor. Und Entwicklungsingenieur Robert Pesold von Deprag hebt hervor: „Im Vergleich zu einer Elektroschleifmaschine spricht vieles für den Turbinenantrieb: So liegt ein vergleichbarer Elektroschleifer mit einer Abgabeleistung von zwei Kilowatt bei schweren 6,6 Kilogramm, während der Turbinenwinkelschleifer bei einer höheren Abgabeleistung von 2,6 Kilowatt nur 2,2 Kilogramm wiegt. Nur vier Kilogramm bei einer Leistung von 4,5 Kilowatt bringt der neue Deprag-Turbinenwinkelschleifer auf die Waage. Beide Leistungsgrößen der Turbinenschleifer erreichen so ein Leistungsgewicht von über 1,1.“

Die Turbinenwinkelschleifer sind überall dort gefragt, wo robuste Hochleistungsschleifmaschinen zum Schruppen, Trennen und Glätten von Gusseisen, Stahl, Steinen und NE-Metallen aller Art zum Einsatz kommen. Stahlprofile lassen sich mit dem Turbinenwinkelschleifer wie Butter durchtrennen. Für alle Arbeiten im Stahl- und Behälterbau, im Maschinenbau, in Gießereien, auf Werften und im Stahlbetonbau sind die Turbinenwerkzeuge bestens ausgerichtet.

Neuland betreten

Neu im Sortiment ist ein Winkelschleifer mit 2,6 Kilowatt und einer Leerlaufdrehzahl von 8500 für Schrupp- und Trennscheiben bis zu einem Durchmesser von 180 Millimetern. Die 2,2-Kilowatt-Versionen gibt es für Scheibendurchmesser von 115, 125 und 150 Millimetern. Neu ist auch die Produktfamilie mit der Leistungsklasse 4,5 Kilowatt, die in drei verschiedenen Drehzahlbereichen angeboten wird. Schleif- und Trennscheiben von 180 und 230 mm Durchmesser sowie kegelige Schleiftöpfe mit einem Durchmesser von 150 mm können damit betrieben werden.

Mit der Entwicklung einer Expansionsturbine betraten die Ingenieure seinerzeit absolutes Neuland. Sie gelang nur durch die enge Zusammenarbeit zwischen der Hochschule für angewandte Wissenschaften HAW Amberg-Weiden und der Deprag. Die Berechnung und strömungstechnische Auslegung der weltweit erstmals in Druckluftwerkzeugen eingesetzten Curtis-Turbine erfolgte unter Federführung von Prof. Dr. A. P. Weiß, Dozent für Strömungsmaschinen und Strömungslehre.

Mehrstufige Überdruckturbinen sind komplex in ihrem Aufbau und teuer, einstufige Gleichdruckturbinen dagegen können das anliegende Druckgefälle nicht effizient genug verarbeiten. Deshalb wurde die zweikränzige Bauart einer Curtis-Turbine gewählt, die ursprünglich aus dem Dampfturbinenbau stammt. Die Auslegungsberechnungen wurden durch CFD-Strömungssimulationen (Computational Fluid Dynamics) und Prüfstandsversuche verifiziert und bestätigt. An der HAW Amberg-Weiden wurde hierfür eigens der „Prüfstand für Druckluftantriebe und Drucklufttechnik“ (PDLT) aufgebaut, damit Tests an hochtourigen Turbinen dieser Leistungsklasse möglich waren.

Das Drehmoment-/Drehzahlverhalten einer Turbine unterscheidet sich prinzipiell nicht von dem eines gewöhnlichen Druckluftlamellenmotors. Bei ungeregelten Druckluftmotoren steigt das Drehmoment je nach äußerer Belastung von der Leerlaufdrehzahl bis zum Stillstand linear an. Die maximale Leistung liegt demzufolge bei halber Leerlaufdrehzahl (Nenndrehzahl).

Faserstoffverstärkte Hochleistungsschleifscheiben haben eine maximal zulässige Umfangsgeschwindigkeit von 80 Metern pro Sekunde. Um einen sehr guten Abtrag am Werkstück zu erzielen, ist es sinnvoll, die Schleifscheibe auch mit dieser Umfangsgeschwindigkeit zu betreiben. Mit ungeregelten Druckluftantrieben ist das nicht ohne weiteres möglich, da die maximale Leistung nur bei halber Leerlaufdrehzahl zur Verfügung steht. Umgekehrt kann ein Überschreiten der 80 Meter pro Sekunde zum Bersten der Scheibe infolge der Fliehkraft führen. In der Praxis wurde dieses Problem durch den Einbau eines Drehzahlreglers gelöst.

Halbierter Luftverbrauch

Besonders bewährt hat sich das Prinzip des Fliehkraftreglers, bei dem kleine Drehzahländerungen relativ große Kraftänderungen bewirken. Durch Reduzierung der Zuluftmenge wird dabei die Leerlaufdrehzahl und damit die Umfangsgeschwindigkeit unabhängig vom Luftdruck zuverlässig begrenzt. Entwicklungsingenieur Robert Pesold hebt einen erwünschten Nebeneffekt hervor: „Positiv ist dabei der über die Hälfte geringere Luftverbrauch des Werkzeugs im Leerlauf.“

So beträgt der Druckluftverbrauch der 2,2-Kilowatt-Turbinenschleifmaschine im Leerlauf nur 0,56 Kubikmeter pro Minute und der Verbrauch des 4,5-Kilowatt-Werkzeugs nur 1,2 Kubikmeter pro Minute. Aber auch die Verbrauchswerte bei Last können sich sehen lassen: Die 2,2-Kilowatt-Maschine verbraucht zwei Kubikmeter pro Minute und der leistungsstarke 4,5-Kilowatt-Schleifer bei Last auch nur 3,3 Kubikmeter pro Minute. Robert Pesold: „Die Energieeffizienz gehört zu den großen Vorteilen der Turbinenwinkelschleifer im täglichen Dauereinsatz in der Industrie.“

Turbinen leben von hohen Drehzahlen. Somit war bei der Konstruktion des Turbinenwinkelschleifers klar, dass ein Getriebe für die notwendige Untersetzung sorgen muss. Ein ölgeschmiertes, gekapseltes und schnelllaufendes Hochleistungs-Kegelradgetriebe wurde komplett neu entwickelt. Die maximale Schnitttiefe für das Trennen von Rohren und Profilen erreichte 38,5 Millimeter bei einer 125-Millimeter-Scheibe. Das erhöht die Flexibilität und Wirtschaftlichkeit des Gerätes enorm.

Bequemes Handling

Der Turbinenwinkelschleifer punktet aber nicht nur durch gute Energieeffizienz und ein optimiertes Leistungsgewicht. Bei Entwicklungen des Unternehmens steht immer auch das sichere und bequeme Handling für den Anwender im Mittelpunkt. Besonders anstrengend für den Bediener im harten Industriealltag ist die Vibration des Gerätes beim Schleifen. Ein Autobalancer reduziert bei dem Winkelschleifer die Vibrationen und macht ermüdungsfreies Arbeiten möglich. Die ergonomischen Handgriffe sind ebenfalls vibrationsgedämpft und lassen sich komfortabel in zwei Drehachsen in Wunschposition verstellen. Der Hauptgriff ist in 90-Grad-Schritten drehbar.

GAT818-450BX

Ein sehr gutes Leistungsgewicht und geringer Luftverbrauch: der Turbinenwinkelschleifer GAT818-450BX von Deprag im Einsatz. Bild: Deprag

Auch für Linkshänder ist das Gerät schnell und einfach umbaubar. Mit nur einem Inbus-SW 5 lassen sich sämtliche Einstellungen einschließlich Werkzeugwechsel vornehmen. Ohne Werkzeug kann die Stellung der Schutzhaube bei der 4,5-Kilowatt-Maschine angepasst werden, auch die Abluftführung ist entsprechend verstellbar. Der Austausch der Schrupp- oder Schleifscheibe ist mittels Spindelarretierung per Knopfdruck blitzschnell geschehen. Der Turbinenwinkelschleifer ist sehr gut für den Dauerbetrieb geeignet, beim Turbinenantrieb gibt es keine Verschleißteile, und die Maschine ist äußerst wartungsarm. Auch der Getriebeölwechsel ist über einfache Ölablass- und Einfüllschrauben für jeden Anwender komfortabel auszuführen.

Ein wichtiges Augenmerk ist auf die Arbeitssicherheit gerichtet. Das Sicherheitshebelventil am Hauptgriff verhindert unbeabsichtigtes Starten des Schleifers, sorgt durch seinen zweistufigen Öffnungshub für geringe Betätigungskräfte und geht beim Loslassen selbsttätig in die Ausgangsposition zurück (sogenannte Totmannschaltung).

Ein integrierter, redundanter Not-Aus-Schalter setzt die Maschine bei einem Ausfall des Fliehkraftreglers still, sodass für den Werker und seine Umgebung zu keiner Zeit eine Gefahr durch berstende Schleifscheiben entstehen kann. Entwicklungsingenieur Robert Pesold: „Nicht nur die energieeffiziente Turbinentechnik, sondern auch die vielen anderen Features machen den Turbinenwinkelschleifer zu einem innovativen Industriewerkzeug mit vielen Wettbewerbsvorteilen.“ jl

Autorin: Dagmar Dübbelde, Deprag

Das Unternehmen

Deprag Schulz

Seit Jahrzehnten widmet sich Druckluftspezialist Deprag Schulz der Erforschung und Nutzbarmachung von Druckluft als Antrieb für hochwertige Industriewerkzeuge. Innovationen aus der Ideenschmiede des Unternehmens ließen immer wieder aufhorchen. Inzwischen hat der Spezialist für Druckluftwerkzeuge mit der Marke Deprag Industrial das Sortiment innovativer Turbinenwinkelschleifer auf neun verschiedene Werkzeugtypen ausgeweitet.