Schleiftechnik

Riesensprung gemacht

Mit einem Känguruh hat die Schleiftechnologie rein gar nichts zu tun – ausser dem riesigen Sprung, den sie in den letzten zehn Jahren in der Entwicklung vollzogen hat. In vielen Fällen kann das Schleifen heute gegenüber Fräsen oder Drehen in punkto Wirtschaftlichkeit, Produktivität und Oberflächengenauigkeit trumpfen.

Es kommt auf den Anwendungsfall und die Anforderungen an, ob andere Technologien oder Schleifen in Frage kommen – auf unserer Internetseite unter der Kennziffer 164 listet eine Tabelle die Beispiele und Kriterien auf. Zudem werden die wichtigsten Vorteile des Schleifens zusammengefasst.

Es war auf der Schweizer Messe Fawem in Basel Ende der 90er Jahre, als sich ein Hersteller von Implantaten für eine Schleifmaschine des Trossinger Herstellers Haas interessierte. Die Frage der Medizintechniker lautete: Lassen sich die Vorteile der Universalmaschine auch bei der Herstellung eines Knie- implantats ausspielen? Zwei Monate später legten die Schleifspezialisten den Prototyp eines feinstgeschliffenen Kniegelenks auf den Tisch - samt einer Aufstellung der Herstellungskosten. Im Vergleich zum bisherigen Verfahren – der Rohling wurde zuerst gefräst, anschließend mittels eines Schleifbands geschliffen und danach poliert – lagen die Kosten um den Faktor Zehn niedriger.

Wie war das möglich? Es waren mehrere maßgebliche Faktoren, die das frappierende Ergebnis erbrachten: So konnten allein die Werkzeugkosten um 80 Prozent gesenkt werden. Auch das automatische Abrichten der Schleifscheibe im laufenden Betrieb, die Durchgängigkeit der Bearbeitungsschritte auf der Universalmaschine, die den nachträglichen Arbeitsschritt „Schleifen des Frästeils“ einsparte, sowie die Automation waren maßgebliche Faktoren. Mehrere Monate nach dem ersten Kontakt auf der Messe überquerte die erste Schleifmaschine aus Trossingen die Grenze in die Schweiz. Heute arbeitet ein halbes Dutzend der speziell für die Implantat-Herstellung konzipierten Schleifbearbeitungszentren beim Auftraggeber rund um die Uhr – ohne Personal am Wochenende und nachts. Dieses Verfahren hat sich fast überall in der Welt durchgesetzt.

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Am Beispiel der Implantatherstellung lässt sich ein Stück Schleifgeschichte studieren. In der vergangenen Dekade hat die Schleiftechnik für die Produktion von Teilen, die Anfang der 90er Jahre gerade erst im Entstehen war, Riesensprünge gemacht. Angetrieben unter anderem von einem schnell wachsenden Markt, der z.B. geräuscharme Verzahnungen für die Sitzverstellung im Auto oder Getriebeteile für Windanlagen und Aerospace-Teile sowie extrem kleine Bauteile für die Antriebstechnik und der Microtechnologie verlangt. Zu den wichtigsten Faktoren, die den Erfolgszug der Schleiftechnologie bestimmen, zählen die Fortschreibung der Schleifscheiben- und Abrichttechnik, der Wandel bei den Schleifölen sowie der enorme Fortschritt bei der Steuerung und Automatisierung der Anlagen.

Heute laufen viele Schleifzentren rund um die Uhr und fertigen hunderte von Teilen im mannlosen Betrieb. Ohne Software und Automatisierungstechnik wäre dies nicht möglich. Besonders in der Schleif- aber auch in der Steuerungssoftware verbirgt sich ein Gutteil des Know-hows eines Herstellers von Schleifmaschinen. Weil die CAM-Lösungen am Markt die Kunst des Schleifens nur unzulänglich abbilden konnten, hat sich Haas z.B. Anfang der 90er Jahre entschlossen, eine eigene Software zu entwickeln und das Best-Practice-Wissen in der hauseigenen Expertendatenbank zu sammeln. Die intensive Beschäftigung mit dem Prozess hat einige Innovationen ermöglicht: So ist etwa ein Anwender heute nicht mehr daran gebunden, nur mit den fixen Berechnungen der Bearbeitungsbahn für jeweils eine Werkzeuggröße zu arbeiten, sondern kann kleinste Veränderungen einer Werkzeuggröße von seiner Maschine automatisch berechnen lassen. Diese Skalierbarkeit steigert die Flexibilität einer Schleifanlage erheblich. Auch die Möglichkeit, Daten direkt aus den CAD-Systemen zu verarbeiten und umgekehrt, gewonnene Daten aus dem Schleifprozess wieder zurückzuführen, erhöht die Komfortabilität des Schleifprozesses enorm.

Fortschritte in vielen Bereichen

Zur Automatisierung im weitesten Sinne gehören in der Schleiftechnologie Themen wie das Abrichten, also das Nachprofilieren der Schleifscheiben im laufenden Prozess. Damit lässt sich viel Warte- oder Umrüstzeit einsparen. Mit dazu beigetragen hat hier auch der Fakt, dass heute Schleifscheiben aus Materialien wie CBN (Kubisches Bornitrit) und Diamant die konventionellen Schleifscheiben teilweise verdrängen und die Intervalle für das Nachprofilieren sich zum Teil verhundertfacht haben. Zur Automatisierungstechnik zählen auch Roboter- und Handhabungstechniken, die heute die automatische Bestückung und Entnahme gewährleisten, und besonders interessant – auch im Vergleich zum Fräsen – die Werkzeugwechsler mit formgebenden Schleifscheiben im Magazin. Gerade diese stellen bei einer durchgängigen Bearbeitung eines Rohlings von Anfang bis Ende eine Voraussetzung dar. Zwar stehen im Fräsbereich heute ebenfalls Werkzeugwechsler zur Verfügung, sie gestalten sich aber vergleichsweise aufwendiger als beim Schleifprozess, da viele Schwesternwerkzeuge notwendig sind. Ebenfalls in die Kategorie der „Prozess-Durchgängigkeit“ fällt das Thema Freiheitsgrade einer Maschine: Heute stehen Schleifmaschinen zur Verfügung, die mit fünf oder sechs Achsen eine Rund-um-Bearbeitung eines Teiles möglich machen.

Während früher für jedes Teil oftmals mehrere Aufspannungen notwendig waren, ist es heute möglich, nur mit einer Aufspannung einen Schleifprozess zu realisieren. Intensive Forschungsaktivitäten haben darüber hinaus dazu geführt, neue Kühlschmierstoffe einzusetzen. Statt Emulsionen auf Wasserbasis werden heute Schleiföle mit Additiven zum Senken der Viskosität, die auf die jeweiligen Materialien hin optimiert sind, genutzt. Die Schleifanwender sind damit in der Lage die Schleifgeschwindigkeit und das Zerspanungsvolumen pro Zeiteinheit teilweise um den Faktor Fünf zu erhöhen. Auch das Herz des Schleifens, die Eigenschaften der Schleifspindel, tragen zur Präzision und Oberflächengenauigkeit bei.

Eine neuer Trend ist die detaillierte Kontrolle des laufenden Schleifprozesses innerhalb der Maschine. Das Inprocess-Messen bringt den Vorteil, dass nicht erst bei der nachgelagerten Messung der Teile innerhalb eines Qualitätssicherungskonzepts festgestellt wird, dass Ausschuss produziert wurde. Die Messeinrichtungen in der Maschine messen z.B. Werkzeugmaße sowie kritische Merkmale des Werkstücks wie Stegbreite oder Durchmesser und melden sich anbahnende Toleranzgrenzen zeitnah, so dass der Prozess Optimierungsmaßnahmen ergreifen kann, bevor Ausschuss entsteht. Wenn ein Rohling einige hundert Euro kostet, lässt sich schnell errechnen, welche Vorteile ein Frühwarnsystem und eine Korrekturvorbeugung bringt.

Schleifen erobert neue Domänen

All diese Entwicklungen haben dazu geführt, dass das Schleifen aus seiner Nische herausgewachsen ist und mehr und mehr Aufgaben übernimmt, die früher den Domänen anderer Technologien wie Fräsen oder Drehen zugeschlagen wurden.

Denn die Wirtschaftlichkeit des Schleifprozesses gegenüber anderen Fertigungsprozessen kann um ein Vielfaches höher sein (siehe Internetkennziffer 1000). So werden etwa Schneckenwellenverzahnungen teilweise dreifach schneller ins Volle bearbeitet als gefräst. Dabei ist jedoch klar: Nicht alles, was sich bearbeiten lässt, kann von einer Schleifmaschine übernommen werden, so wie andere Bereiche immer schon der Schleif-Domäne zugefallen sind. Doch dort, wo es um Verzahnungsteile, Schneckenwellen, kleine Werkzeugteile, Implantate und um hohe Oberflächengenauigkeit geht, lohnt es sich, zu überlegen, ob Schleifen heute die bessere Wahl darstellt. Thomas Bader, Geschäftsführer Technik und Vertrieb Haas Schleifmaschinen/ hs

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SchleiftabelleEs kommt auf den Anwendungsfall und die Anforderungen an, ob andere Technologien oder Schleifen in Frage kommen - die Tabelle zeigt einige Beispiele und Kriterien.

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