Späne

Span steht für:

    • ein mechanisch abgetrenntes Werkstoffteilchen,
          • aus Metall
          • aus Holz


Metallspan

Der Span ist ein mechanisch abgetrenntes Werkstoffteilchen vom bearbeiteten Werkstück.

Die Spanbildung läuft bei Metallen in drei sich wiederholenden Phasen ab. Zunächst findet das Anstauchen statt, wobei der Keil in den Werkstoff dringt und das Material staucht und verfestigt. Wird der Druck aufrechterhalten, steigt die Druck- und Schubspannung im Werkstück bis zur Bruchgrenze und ein Span wird abgeschert. Das Abscheren erfolgt am Ort der maximalen Schubspannung, der sogenannten Scherebene, die mit der Werkstückoberfläche den Scherwinkel bildet. Der Span fließt nun über die Spanfläche des Keils ab und wird, wenn er auf weiteren Widerstand stößt, nochmals gestaucht.

Bei geometrisch unbestimmten Schneiden unterscheidet sich der Vorgang der Spanbildung, da die vielen Schneiden eine unregelmäßige Form aufweisen und die Schnitttiefe der einzelnen Körner sehr gering ist. Des Weiteren gleiten die Körner erst über die Werkstückoberfläche.

Damit die Späne möglichst wenig Platz beanspruchen und leichter abtransportiert werden können, kann mit Spanleitstufen und Spanleitplatten auf die Spanbildung durch Brechen oder Umleiten des Spans Einfluss genommen werden.

Verschiedene Spanformen und ein Block aus gepressten Spänen - Urheber: Glenn McKechnie



Spanarten

Unter einer Spanart versteht man eine bestimmte Spangestalt, die sich in Abhängigkeit von der Spanbildung ergibt. Anhand der Spanart kann der Spanvorgang beurteilt werden. Auf die Bildung der Spanart wirken die Schneidengeometrie, das Formänderungsvermögen des Werkstoffs, die Spanungsgrößen, die Schnittgeschwindigkeit sowie der verwendete Kühlschmierstoff ein. Die Unterschiede der drei einzelnen Spanarten sind fließend. Mit manchen Werkstoffen können durch Veränderung der Spanbedingungen alle Spanarten erzielt werden.


Reißspan

Wird ein spröder Werkstoff durch ein spanendes Verfahren bearbeitet, entsteht meist der Reißspan (auch Bröckelspan genannt). Kleine Spanwinkel und niedrige Schnittgeschwindigkeiten begünstigen ebenfalls die Bildung von Reißspänen. Durch dem Keil vorausgehende Risse im Werkstück löst sich der Span ohne wesentliche Verformung. Durch das Herausbrechen des Spans ist die Oberfläche des Werkstücks nach reißspanender Bearbeitung rau. Ein Beispiel für ein Material bei dem Reißspäne entstehen ist Messing.


Scherspan

Der Scherspan entsteht durch eine Verformung in der Scherzone. Das Material des Spans wird dabei über das Umformvermögen beansprucht. Der Span reißt parallel zur Ebene in einzelne Lamellen auseinander. Die hohen Temperaturen sorgen dafür, dass Lamellen miteinander verschweißen.


Fließspan

Der Fließspan entsteht ebenfalls durch eine Verformung in der Scherzone, jedoch fließt der Span kontinuierlich über die Werkzeugschneide ab. Dabei wird das Verformungsvermögen des Materials nicht überschritten. Die Umformung erfolgt somit in allen Schichten gleichmäßig. So entsteht ein zusammenhängender Span. Der Fließspan entsteht bei einer hohen Schnittgeschwindigkeit und hohen Temperaturen sowie einem kontinuierlichen Schneideneingriff wie es beim Drehen und Bohren der Fall ist. Eine weitere Bildungsbedingung ist der positive Spanwinkel. (Bei einem langen und dünnen Aluminiumspan auch Engelshaar genannt).

Ein ordentlicher, langer Spanfluss ist die eleganteste Art der spanenden Metallbearbeitung. Der hauptsächliche Nachteil ist die Gefahr der Knäuelbildung und damit der Beeinträchtigung automatischer Betriebsabläufe. Daher eignen sich fließspanbildende Werkstoffe nur für kleine Fertigungslose beziehungsweise für große Lose, wenn der Fließvorgang des Spanes in regelmäßigen Abständen unterbrochen und somit Bandspäne vermieden werden können. Für die Massenfertigung werden wenn möglich kurzbrechende Automatenstähle bevorzugt, die einen erhöhten Anteil von Schwefel und Phosphor enthalten, welche den Spanbruch begünstigen, sich jedoch nachteilig auf Festigkeit und Duktilität auswirken.


Lamellenspan

Bei Schwankung der Spanungsdicke aufgrund eines ungleichmäßigen Werkstoffgefüges kann es zur Ausbildung eines Lamellenspanes kommen. Die Struktur ist ähnlich dem Scherspan, jedoch entstehen keine Bruchstücke, sondern es findet eine reine Umformung statt.

Lamellenspäne sind Fließspäne mit ausgeprägten Lamellen.


Spanform

Die Spanform beschreibt die Form des Spans nach Verlassen des Werkzeugs. Die Entstehung der Spanform ist im wesentlichen vom Werkstoff des Werkstücks und den Schnittbedienungen abhängig. Die einzelnen Spanformen werden nach ihrer äußeren Form, nach der Schüttdichte (bei Stahl in t/m³), nach der möglichen Gefährdung des Bedienenden und nach der möglichen Beschädigung von Werkzeug, Werkstück und Maschine eingeteilt.

Als ungünstig gelten vor allem Bandspäne und Wirrspäne, da sie Spanknäul bilden und damit die Arbeitssicherheit gefährden. Außerdem beschädigen sie die Werkstückoberfläche, behindern den Spänefall und den automatischen Spanabtransport.

Auch Schraubenspäne (auch Wendelspäne genannt) sollten vermieden werden, doch je nach Länge gelten sie noch als befriedigend. Die negativen Auswirkungen auf Werkstück und Spanfall sind nicht so ausgeprägt wie bei Band- und Wirrspänen. Spanbruchstücke (oder Bröckelspäne) sind ebenfalls zu vermeiden, da sie durch Umherspritzen den Bediener gefährden und Führungen verstopfen. An modernen Maschinen mit gekapselten Arbeitsraum und geschützten Führungen stellt dies jedoch kein Problem dar.

Die günstigsten Späne sind Schraubenbruchspäne, Spiralbruchspäne und Spiralspanstücke. Sie gefährden den Bediener wenig, lassen sich leicht abtransportieren und besitzen eine hohe Schüttdichte.


Spanraumzahl

Die Spanraumzahl R gibt das Verhältnis zwischen dem Raumbedarf einer ungeordneten Spanmenge und dem Werkstoffvolumen der gleichen Spanmenge an. Je kleiner die Zahl, desto weniger Platz wird für die Späne benötigt und desto leichter können diese gehandhabt werden. In der Tabelle[1] sind die wichtigsten Spanformen und ihre Spanraumzahlen angegeben.


Spanform     Spanraumzahl
Bandspäne≥ 90
Wirrspäne≥ 90
Flachwendelspäne≥ 50
lange zyl. Wendelspäne≥ 50
Wendelspanstücke≥ 25
Spiralspäne≥ 8
Spiralspanstücke≥ 8
Bröckelspäne≥ 3


Einzelnachweise
   1. Stahl-Eisen-Prüfblatt 1178-90



Holzspan

Als Holzspäne werden Späne benannt, die bei der mechanischen Holzverarbeitung in Sägewerken und in anderen Bereichen der holzverarbeitenden Industrie sowie im Heimbereich anfallen. Sie fallen als Neben- bzw. Abfallprodukt bei spanenden Bearbeitungen von Stamm- und Schnittholz an.

Sägespäne - Urheber: Przykuta

Sägespäne


Beschreibung

Als Holzspäne werden alle Holzreste bezeichnet, die bei holzverarbeitenden Prozessen mit spanenden Werkzeugen entstehen, beispielsweise beim Sägen (Sägespäne) oder beim Hobeln (Hobelspäne). Diese unterscheiden sich je nach verwendeter Technik vor allem in ihrer Größenzusammensetzung, je nach Holzart und -herkunft beinhalten sie zudem Rindenanteile oder sind aus rindenlosem Holz erzeugt. Schleifstäube und Sägemehl zeichnen sich dabei durch die sehr geringe Größe ihrer Partikel aus, während Hobelspäne und grobe Sägespäne Fraktionen aus Holzstiften und -flocken bilden können.

Bei der Schnittholzproduktion liegt der Sägeholzanfall bei rund 60% des Hauptprodukts Schnittholz. In Deutschland fällt gut ein Drittel des jährlichen Aufkommens von Sägenebenprodukten von ca. 17,0 Mio. Festmeter[1] als Sägespäne und Sägemehl an, mehr als die Hälfte sind Hackschnitzel und der Rest sind Schwarten und Spreißel[2].


Nutzung

Die in Deutschland anfallenden Mengen an Holzspänen werden praktisch komplett genutzt und decken gemeinsam mit anderen Industrierestholzanteilen gut ein Drittel des Rohstoffbedarfs der Holzwerkstoffindustrie. Der Anteil der Sägenebenprodukte am Holz von Spanplatten liegt bei rund 50%, bei der Mitteldichten Faserplatte (MDF) sind es 70%[3]. Die Holzschliff- und Zellstoffindustrie verarbeitet vergleichsweise geringe Mengen der Industrieresthölzer, zur Herstellung des Zellstoffs beziehungsweise Holzschliffs wird das verwendete Holz jedoch ebenfalls zerspant und dann weiterverarbeitet. Eine direkte Verwendung finden Hobelspäne zudem als Tiereinstreu, während Sägespäne unter anderem als ölbindendes Saugmaterial in Werkstätten oder nach Unfällen genutzt werden.

Für die Wärmedämmung werden Holzspäne aus Fichten- und Tannenholz zu verschiedenen Naturdämmstoffen verarbeitet: Lose Holzspäne und daraus produzierte Holzfasern werden als Einblas- oder Schüttdämmung verwendet, zu Plattenware verarbeitet kommen Holzfasern als Holzwolle-Leichtbauplatte und Holzfaserdämmplatte auf den Markt.[4]

Holzspäne werden zu einem größten Teil energetisch als Brennstoff genutzt, obwohl auch für viele dieser Materialien der Einsatz in einer stofflichen Nutzung, insbesondere in der Holzwerkstoffindustrie, eine größere Wertschöpfung bedeutet. Der Bedarf an Sägespänen für die Pellet- und Brikettproduktion nimmt seit einigen Jahren stark zu und erhöht damit die Nachfrage nach diesem Rohstoff.[5]

Ein Produkt des Kunsthandwerkes ist der Spanbaum. Der als Fidibus bekannte Holzspan von der Dicke eines Streichholzes findet bei der so genannten Glimmspanprobe Verwendung.


Entflammbarkeit

Holzspäne in Luft können zu explosiven Gemischen und bei Zündung zu einer Staubexplosion führen. Die wesentlich größere Oberfläche von in der Luft fein verteilten Holzspänen ermöglicht dabei eine wesentlich höhere Reaktionsgeschwindigkeit, d.h. eine explosionsartige Reaktion.


Belege 
1. Udo Mantau, 2008: Entwicklung der stofflichen und energetischen Holzverwendung. Universität Hamburg, Zentrum Holzwirtschaft. (pdf)
2. Udo Mantau, Holger Weimar, Christian Sörgel: Holzrohstoffbilanz Deutschland, Bestandsaufnahme 2002. Projektvorstellung. (pdf)
3. Torsten Leps (Hochschule Rosenheim), 2009: Holzwerkstoffe – Stand der Technik, Chancen, Entwicklungen und Trends. Vortrag zum C.A.R.M.E.N Forum vom 30. März 2009 (pdf)
4. Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V., 2009: Dämmstoffe aus Nachwachsenden Rohstoffen. 3. Auflage, Seite 17-23. (pdf)
5. Industrierestholz. In: Martin Kaltschmitt, Hans Hartmann, Hermann Hofbauer (Hrsg.): Energie aus Biomasse. Grundlagen, Techniken und Verfahren. Springer Verlag, Berlin und Heidelberg 2009; S. 141-143. ISBN 978-3-540-85094-6

Literatur
• Industrierestholz. In: Martin Kaltschmitt, Hans Hartmann, Hermann Hofbauer (Hrsg.): Energie aus Biomasse. Grundlagen, Techniken und Verfahren. Springer Verlag, Berlin und Heidelberg 2009; S. 141-143. ISBN 978-3-540-85094-6


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