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  • Land: Deutschland
  • Autor(en): Horst Melzer
  • Artikel vom: 24 September 2014
  • Seitenaufrufe: 1189
  • Artikel Nummer: 048-078-d
  • Schleifpraxis, ein (persönlicher) Erfahrungsbericht

    Schleifpraxis,  ein (persönlicher) Erfahrungsbericht
    Schleifpraxis,  ein (persönlicher) Erfahrungsbericht

    Schleifkontaktflächen bei Topf- und Umfangsschleifscheiben

    Damit der Druck und die dadurch entstehende Wärme beim Schleifen möglichst gering gehalten wird, muss auf kleinen Kontakt zwischen Schleifbelag und Werkstück geachtet werden. Optimale Bedingungen erzielt man mit Umfangsschleifscheiben. Die Berührungsfläche ist nahezu linear. Die Breite der Linie hängt von Scheibenbreite und Zustellwert ab und kann, wie oben beim Tiefschliff gesehen, auch groß werden, Beispiel: Auf einer Flachschleifmaschine sollen Stufen oder Nuten eingeschliffen werden. Die Schleifscheibe hat 200 mm Durchmesser und ist 10 mm breit. Es werden 2  mm im Tiefschliffverfahren zugestellt. Daraus resultiert eine Schleifkontaktfläche von 10 mm Breite und eine Länge, entsprechend des Scheibenradius von in diesem Fall 100 mm. Das ist sehr viel. Es tritt ein großes Kühlproblem auf. Selbst wenn die Kühleinrichtung nicht mehr zu verbessern ist – oder sogar unter Wasser geschliffen werden könnte, würde die Wirkstelle trocken bleiben. Die einzige Möglichkeit, die Erwärmung einzugrenzen ist, den Vorschub in Schritten kurz zu stoppen, um die Wirkstelle zu kühlen und gleichzeitig zu reinigen. Bei Vorschub von Hand ist das einfach, erfolgt dieser maschinell, ist eine gesteuerte Schaltung erforderlich.
    Bei maschinellem Vorschub müssen also seitens der Maschine bestimmte Voraussetzungen gegeben sein – und das allerdings ist selten der Fall. Die Vorschubbewegung müsste z.B. über ein Ampermeter gesteuert werden können. Steigt der Schleifdruck, reguliert die Maschine diesen zurück. Ein Problem der Maschinenbauingenieure und der Kosten. Das Einfachste daher ist, den Vorschub abzuschalten und den Vorgang über das Handrad wie auf der Universal-Werkzeugschleifmaschine von Hand auszuführen. Eine solche Schleifaufgabe wird in der Praxis allerdings nur dann anfallen, wenn einzelne oder wenige Werkstücke gefertigt werden müssen. Bei größeren oder großen Stückzahlen sollten aus wirtschaftlicher Sicht die Teile mit Aufmaßen, z.B. wenn es sich um Hartmetall oder ähnliche Werkstoffe handelt, vorgesintert sein. Dieser Flachschleifvorgang kann natürlich auch auf Rundschleifmaschinen durchgeführt werden. Hier allerdings wird bei stehendem Werkstück mit der Schleifscheibe entsprechend der gewünschten Tiefe (Durchmesser) eingetaucht und dann das Werkstück von Hand einmal um 360° gedreht. Der Druckverlauf bei Umfangsschleifscheiben ist senkrecht zur Spindelachse. Anders als bei Topfscheiben. Beispiel: Mit einer Topfscheibe Durchmesser 100 mm und 5 mm Belagbreite, soll eine exakte Fläche von 10 x 10 mm oder größer hergestellt werden. Um das gewünschte Ergebnis zu erreichen, wird man viel Zeit aufwenden müssen, warum? Die Schleifscheibe tritt entsprechend der Zustelltiefe in das Werkstück ein. Die Kontaktfläche ist anfangs sehr klein, also optimal. Bald aber befindet sich der gesamte Belag der Schleifscheibe im Eingriff und der Kontakt ist demgemäß sehr viel größer geworden, gleichzeitig steigt Druck und Erwärmung. Beim Austreten der Scheibe verläuft der Vorgang umgekehrt ab. Die Werkstückfläche ist keinesfalls plan, sondern ballig. Der Schleifdruck verläuft bei Durchmesser 100 mm um 50 mm parallel versetzt zur Achse der Schleifspindel. Es entsteht eine Hebelwirkung. Sind keine besseren Möglichkeiten gegeben, hilft nur, die gesamte Belagbreite von oben zuzustellen, ohne Ein- und Ausfahren zu oszillieren und zuletzt so lange "Ausschleifen", bis der Schleifdruck völlig abgebaut ist. Auch kein gutes Verfahren!

    Eine gewisse Verbesserung bringt die Verkleinerung der Kontaktfläche durch Reduzierung der Scheiben-Belagbreite, z. B. von 5 mm auf 2 mm. Der Einsatz einer Umfangscheibe hingegen, wird aufgrund des sehr kleinen Schleifkontaktes die bestmöglichen Ergebnisse bezüglich Schleifzeit und geometrischer Genauigkeit bringen. Alle diese meist negativen Erscheinungen beim Einsatz von Topfscheiben sind längst bekannt. Man begegnet dem Übel mit Segmentierung des Schleifbelages, führt diesen so schmal wie nur möglich aus, benutzt starre, verwindungsfreie  Scheibenkörper oder wählt extrem "griffige" Beläge aus, wobei man manchmal den höheren Verschleiß akzeptiert. Alles nur, um den Schleifdruck und dessen Folgen zu minimieren.

    Kühlung

    Über die Kühlung eines Schleifvorganges wurde schon gesprochen und an die Notwendigkeit einer solchen sollten keine Zweifel mehr bestehen. Wer aber schleift zum Beispiel auf einer Universal-Werkzeugschleifmaschine gern nass? Das Kühlmittel ist schwer im Zaum zu halten und es spritzt. Beginnen wir beim Kühlmittel. Es wurden schon die tollsten Methoden angewendet. Zum Beispiel drückte man ölgetränkte Filze an den Scheibenbelag. Es spritzte zwar kaum, war aber effektlos, eher negativ, verschmierte den Schleifbelag und oft entwickelten sich Gerüche. Ein Kühlmittel soll in erster Linie kühlen. Wird damit noch infolge einer guten Waschwirkung die Scheibenoberfläche und Wirkstelle sauber und griffig gehalten, perfekt! Entspanntes Wasser kann das, es kühlt und wäscht. Der ideale und preisgünstigste Stoff wäre damit also gefunden.
    Wasser aber führt zum Rosten der ungeschützten Maschinenteile. Es muss ein Rostschutzmittel, möglichst fettfrei, beigegeben werden. Ein solches Kühlmittel "magert" aber mit der Zeit aus und der Rostschutz lässt nach. Deswegen ist es immer ratsam, nach dem Schleifen die Maschine abzutrocknen und die Zusatzanteile zu überprüfen. Über Kühl- oder Schmiermittel sind sehr viele Abhandlungen verfasst worden. Mir erscheint aber von den meisten Leuten, die selber noch nie an einer Schleifmaschine gearbeitet haben. Meist wird hier Öl als Basis empfohlen, weil Wasser an der Wirkstelle zu schnell verdunstet. In der Praxis war für mich der Gestank von verbranntem Öl keine rechte Offenbarung.

    Beim Trockenschliff spritzt es nicht, bedenken sollte man jedoch unbedingt, was der sehr aggressive, sehr feine Hartmetall- oder Keramikstaub anrichtet, weil dieser leider nicht 100% abgesaugt werden kann. Ganz sicher keine Wellness-Kur für Bronchien und Lunge des Schleifers. Ein bekannter  Hartmetallwerkzeug-Hersteller demontierte einmal komplett eine Universal-Werkzeugschleifmaschine, die überwiegend zum Trockenschleifen mit Absaugung eingesetzt wurde. Sie wog nach der Reinigung und erneutem Zusammenbau beinahe zwei Kilogramm weniger.

    Kühlmittelanlage

    Bei einer Universal-Werkzeugschleifmaschine ist Letzteres oft der Fall, dürfte jedoch kein ernsthaftes oder gar unlösbares Problem darstellen. Eine transparente Abdeckhaube aus Plexiglas ist ideal. Sie wird einfach vor dem Schleifen, wenn alle Einstellungen vorgenommen sind, aufgesetzt. Flüssigkeit tritt lediglich hinten im Bereich der Schleifscheibe und Kühlmittelzuführung aus. Der Flüssigkeitsbehälter sollte nicht zu klein dimensioniert sein und drei, besservier, Überlauf-Kammern aufweisen.
    Die Zuführdüsen sollten wegen zielgenauer Kühlung an der Schleifstelle auswechselbar sein und dementsprechend angepasst werden können. Der Kühlmittelschlauch ist am Spindelkopf zu befestigen, fix auf die Wirkstelle gerichtet und darf nicht die gewählte Position verändern.
    Setzt die Kühlung dadurch aus oder wird abgelenkt, können erhebliche Schäden entstehen. Eine leichte, aufsteck- und festklemmbare Schutzhaube aus Blech oder Kunststoff für die Schleifscheibe ist ausreichend, um das Spritzen weiter zu verringern.

    Galvanische Bindung

    Die Bindungsart von Diamantkörnungen bedarf besonderer Erwähnung. Gesprochen wird hier von der einschichtigen Belegung eines elektrisch leitenden Trägers. Die Dicke des aktiven Belages entspricht etwa der Größe des Schleifkorns. Die Korneinbettung ist steuerbar und normalerweise beträgt die Einbettungstiefe etwas mehr als die Hälfte der Korngröße. Bei keiner anderen Bindungsvariante liegen die Schleifkörner so dicht zusammen, nämlich Korn neben Korn. Folglich ist der Abstand zwischen den schneidenden Spitzen und Kanten von der Korngröße abhängig. Eine D-Schleifscheibe in G-Bindung ist unübertroffen griffig! Es wird eine erfreulich gute Abtragsleistung pro Zeit erreicht, wobei sich Druck und Wärme in akzeptierbaren Grenzen halten. Wenn da nicht das berüchtigte "Aber" wäre. Es muss noch gesagt werden, dass die Oberfläche einer neuen, galvanisch gebundenen Diamantscheibe anfangs leicht uneben ist, besonders bei größerer Körnung. Dafür ist die Form der Körner, deren Einlagerung und auch Störungen während der Elektrolyse verantwortlich. Die Folge ist eine zunächst unbefriedigende Oberfläche. Das aber wird sich bald ändern und verbessern. Aber hallo! Da haben wir es doch wieder: Grobe Körnung ist doch der kleineren überlegen, will man schnell und damit wirtschaftlich schleifen. Bei der G-Bindung scheint das sogar zu stimmen? Fraglos schneidet nur die Kornspitze oder Kante gemäß der Zustellgröße, völlig unabhängig davon, ob das Korn groß oder klein ist. An dieser Tatsache ändert auch ein galvanischer Schleifbelag nichts. Wird mit oben angeführten, sehr gut schleifenden Werkzeug weiter gearbeitet, steigt der Schleifdruck und die Erwärmung langsam an. Ein sehr normaler Vorgang. Die Diamantspitzen beginnen zu verschleißen oder brechen bei zu hohem Schleifdruck ab. Es bilden sich Flächen, die Spankammern werden kleiner und kleiner, der hohe Druck und damit die starke Erwärmung sind nicht mehr zu verantworten. Es rücken keine neuen Schneidspitzen nach und schließlich ist der Diamantbelag am Ende seines Schneidvermögens. Größere Körner bilden naturgemäß größere Flächen, deren schlechtes Schneidvermögen zu einem schnelleren Ende führt, obwohl noch reichlich Körner zu sehen sind. Demnach ist diese Bindungsart auch nicht die Krone der Schöpfung, oder?

    Schon beim Schleifen von Hartmetall zeigt sich, wie lange man mit einer Kornschicht arbeiten kann. Der Diamant zeigt hier seine Überlegenheit. Es überrascht, wie lange ein solches Schleifwerkzeug als brauchbar bezeichnet werden kann. Man wird erkennen, dass man beim Schleifen mit einer Kunststoff gebundenen Scheibe und falschen Einsatzbedingungen, eine Menge Diamantkörner verliert, ohne dass diese oder nur minimal gearbeitet zu haben. Leider ist das wirklich so.

    Fischstäbchen

    Kommen wir noch einmal auf die besonders bei Kindern beliebten Fischstäbchen zurück. Diese sind zunächst gepresste, tiefgefrorene Blöcke und müssen in die bekannte Form und Größe geschnitten werden. Ein Paket galvanisch gebundener, möglichst schmaler Diamant-Trennscheiben (es soll möglichst wenig Fisch verschwendet werden) steht im gewünschten Abstand und schneidet erstaunlich schnell große Mengen immer gleicher Teile.

    Eigentlich geht es schleiftechnisch nicht besser. Fisch und gefrorenes Wasser beanspruchen Diamant nicht. Das Eis kühlt darüberhinaus den Trennschleifvorgang. Ein weiterer, großer Vorteil dieses Verfahrens darf nicht unerwähnt bleiben: Beim Verzehr der Fischstäbchen knirscht es nicht. Früher, als konventionelle, zwangsweise breitere Trennscheiben verwendet wurden, kam es deswegen oft zu Beanstandungen seitens der Verbraucher.

    Ein anderes Beispiel sind die, von Hersteller zu Hersteller nach verschiedenen Rezepturen gebackenen Beläge für Scheibenbremsen. Hohe Verschleißfestigkeit, optimale, konstante Bremswirkung bei geringster Oberflächenverformung der Bremsscheiben wird angestrebt. Auch bei diesen Werkstoffen wird der Diamant wenig belastet und deswegen sind segmentierte, mit großem Diamantkorn galvanisch belegte Topfscheiben aus Stahl unschlagbar. Großes Korn deswegen, damit große Spanräume entstehen, weil das zu bearbeitende Material oft schmelzenden Bestanteile enthält, die den Schleifbelag zuschmieren können. Ein solches Diamant-Schleifwerkzeug verschleißt kaum! Der Schleifeffekt kann sich allerdings null nähern, weil der Belag völlig zugeschmiert ist. Dann gilt es, diesen zu reinigen. Es ist mir nicht bekannt, dass man heute eine bessere Methode gefunden hat, müssen diese oder ähnliche Werkstoffe bearbeitet werden.

    Und da gibt es ja noch die Zahnärzte: Diese Leute bohren an unseren Zähnen herum und benutzen dazu neben Hartmetall-Rotorfräsern auch galv. gebundene Diamantfräser. Die biegsame Welle und deren Antrieb verursachen bereits jene Geräusche, die den Patienten in starres Entsetzen und Verkrampfen versetzen, noch bevor die eigentliche „Tortur“ beginnt. Zahnschmelz ist ein harter Stoff und auch das Diamantwerkzeug wird einmal stumpf. Es erzeugt dann Wärme. Weiterhin erreicht man technisch nicht die notwendige Schnittgeschwindigkeit bei solchen kleinen Werkzeugdurchmessern. Beste, akzeptierbare Ergebnisse sind nur zu realisieren mit neuen, also scharfen Werkzeugen. Wichtig und unbedingt zu beachten ist die Tatsache, dass galvanisch gebundene Schleifwerkzeuge nicht abgerichtet werden können. Die exakte Montage ist also entscheidend. Es empfiehlt sich, den zu belegenden Scheibenkörper montiert auf Spindel-aufnahme, die wiederum zum Spindelkonus markiert ist, an den Hersteller zum Belegen einzuschicken.

    Bohrungen schleifen

    Abschließend zu diesem Kapitel soll über das Schleifen von Bohrungen gesprochen werden. Schleifaufgaben, die meistens problematisch und fast immer kostenintensiv sind, besonders bei relativ großer Bohrungslänge und kleinem Bohrungsdurchmesser. Sind solche Bohrungen nur mit Diamant bearbeitbar, müssen Schleifstifte in galvanischer Bindung gewählt werden, denn es ist größtmögliche Griffigkeit, also geringster Schleifdruck und akzeptierbarer Zeitaufwand gefordert. Es wird dringend geraten, Hartmetallschäfte wegen der geringeren Durchbiegung als bei Stahl zu verwenden. Diese belegen Werkzeughersteller gemäß Angaben und können nach Abnutzung wieder neu bestückt werden. Es wird dringend empfohlen, mit einem neuen G-Schleifbelag vorsichtig umzugehen, damit diese optimalen Schleifeigenschaften möglichst lange genutzt werden können. Lassen diese dann nach, sollte das Schleifwerkzeug gegen ein Neues ausgetauscht werden. Die Schleifzeiten werden zu lang und sind größer als die Werkzeugkosten.

    Für den Vorschliff empfiehlt sich sehr oft D70 und diese Korngröße hinterlässt eine bestimmte Rautiefe der Oberfläche. Man wähle nun ein Werkzeug mit feiner Körnung (D50 oder D30), um fertig zu schleifen und um das geforderte Maß zu realisieren. Nicht, weil ein feines, also kleines Korn feinere Oberflächen erzeugt, sondern weil durch ein kleineres Korn eine sehr große Korndichte entsteht, womit man Schleifriefen überdeckt und so das "Miniaturgebirge" der Ausgangsoberfläche bis auf die Talsohle abträgt, eine gute Oberfläche und das vorgegebene Maß erreicht. Lässt es der Durchmesser noch zu, wird eine Kunststoff-Bindung für den Fertigschliff empfohlen. Die zu zerspanende Materialmenge ist gering und kann theoretisch, in der Praxis günstigstem Fall, eben nur ca. 50% betragen, also lediglich den Abbau des vorhandenen und erwähnten Gebirges.

    Das Schleifen von Bohrungen findet dann ein Ende, wenn diese zu klein werden: Die Spindeldrehzahlen reichen dann bei weitem nicht mehr aus, um eine annehmbare Schnittgeschwindigkeit zu realisieren. Der Schleifwerkzeugdurchmesser steht zwangsläufig zum Bohrungsdurchmesser in einem sehr schlechten Verhältnis.

    Immer wird man beim Innenschliff bemüht sein, möglichst starre Verhältnisse zu schaffen. Entscheidet man sich bei einem Bohrungsdurchmesser von 10 mm für Schleifkörper mit 9 mm Durchmesser, so entsteht ein großer Schleifkontakt und wir wissen: Großer Kontakt bedeutet ansteigenden Schleifdruck und ansteigende Temperatur. Besser man entscheidet sich für die Mitte. Bei Durchmesser 10 mm einen Durchmesser des Schleifwerkzeuges von etwa 5 bis max. 6 mm. Wenn Innenschliff erforderlich ist, sollten gute maschinelle Bedingungen und optimale Schleifwerkzeuge Voraussetzung sein. Man muss die technischen und wirtschaftlichen Grenzen des Schleifens erkennen. Werden die Bohrungen zu klein, ist Honen mit G- Belegung der Honwerkzeuge vorzuziehen.

    Hochgeschwindigkeitsschleifen

    Die Anfänge des HGS gehen auf die 80er Jahre des vergangenen Jahrhunderts zurück und sollen hier nicht unerwähnt bleiben. Die Schnittgeschwindigkeit bei HGS grenzt man heute von 80 m/s bis 300 m/s ein. Es bedarf keiner besonderen Betonung, dass bei derart hohen Schnittgeschwindigkeiten entsprechende Voraussetzungen gegeben sein müssen. Eine Schleifscheibe bei 200 m/s ist einer beachtlichen Fliehkraft ausgesetzt, sie muss absolut ruhig und schlagfrei laufen. Es ist ein extrem hoher Auswuchtgrad erforderlich. Die Schleifmaschinen müssen ein solches Schleifverfahren störungsfrei zulassen und über diese hohen Spindeldrehzahlen verfügen. Bedienungsfehler werden nicht verziehen! Man sieht, beim HGS- Schleifen sind bestimmte Voraussetzungen zwingend erforderlich und durchaus nicht alltäglich. HGS muss also gegenüber allen anderen Produktionsverfahren so entscheidende Vorteile bieten, dass sich der Aufwand lohnt. Wir stellen fest, die Schleifscheibe arbeitet mit 25 m/s. Es wird rund geschliffen, die Zustellung beträgt 0.02 mm, die Schleiflänge ist 100 mm und es muss 0.3 mm im Durchmesser oszilierend abgeschliffen werden. Diesen gleichen Vorgang wiederhole ich nun mit 200 m/s. Die Zustellung wird auf 0.01 mm reduziert, damit wird der Schleifdruck um die Hälfte verringert, der Schleifbelag stark entlastet. Weil aber die Schnittgeschwindigkeit, also die Korneingriffsfolge um das achtfache erhöht wurde, verringert sich die Schleifzeit um das vierfache. Es kann sich darüber hinaus die Scheibenstandzeit so erhöhen, dass die Maßgenauigkeit der zu schleifenden Teile über große Stückzahlen im Toleranzbereich bleibt und dadurch eine weitere Kostensenkung resultiert. Als Kühlmittel werden Ölhaltige empfohlen. Denn Wasser würde an der Wirkstelle sofort verdunsten und die bei diesem Verfahren entstehende Wärme soll zu hohem Prozentsatz über die Späne abgeführt werden.

    Abrichten

    Wie bereits erwähnt, können Diamantschleifscheiben mit galvanischer Belegung nicht abgerichtet werden. Sind hingegen noch Spankammern vorhanden, die sich zugesetzt haben oder verschmiert sind, lässt sich dieses Übel meist mit einem weichen Schärfstein, den man an das rotierende Werkzeug drückt, leicht beheben. Der Schleifbelag wird so nicht beeinflusst, sondern lediglich gereinigt. Für das Abrichten gibt es kleine Geräte, die mit einer kleinen konventionellen SC-Umfangs-schleifscheibe, etwa 100 mm Durchmesser und 20 mm breit, weiche Variante und mittlere bis feine Körnung versehen ist. Diese Abrichtscheibe wird entweder angetrieben oder ist in der einfacheren Variante mit einer Fliehkraftbremse ausgerüstet. Das Gerät mit angetriebener Scheibe wird fest auf der Schleifmaschine montiert und im Gegenlauf an die abzurichtende, rotierende Diamantschleifscheibe geführt. Mittels geringen Zustellungen und oszillierender Bewegung werden nun so Rund- oder Planlauf, Formflanken, also Schrägen oder Winkel, wie auch konvexe Radien hergestellt.

    Bei nicht angetriebenen Geräten geht man ebenso vor, jedoch wird hier die Abrichtscheibe von der laufenden, abzurichtenden Scheibe mitgenommen. Die Fliehkraftbremse verhindert nun Gleichlauf, es wird also mit der Drehzahldifferenz abgerichtet. Die gleich welchen Verfahren abgerichtete Dia-mantschleifscheibe wird in diesem Zustand nahezu keine Schleifeigenschaften mehr aufweisen, der Belag muss geschärft werden. Dazu liefern die Werkzeughersteller geeignete Schärfsteine für die entsprechenden Bindungsarten, die leicht an den rotierenden Schleifbelag gedrückt werden. Damit wird bezweckt, die Bindung abzubauen, wodurch der erforderliche Abstand Kornspitzen zum Bindungsniveau hergestellt wird. Bei empfindlichen Dia-Scheiben mit weichem Belag sollte man den Schärfstein einspannen, sonst könnte bei Freihand-Abrichten das erreichte Ergebnis verloren gehen.

    Für das Abrichten und das gleichzeitige Schärfen von Topfscheiben aller Art und Formen gibt es eine recht einfache, jedoch wirksame Methode. Auf eine plane Graugussplatte wird eine lose mittelfeine SC-Körnung gestreut und die Dia-Topfscheibe mit der Stirnseite aufgelegt. Man drücke nun die Scheibe an vier Stellen sehr gleichmäßig an und bewege diese kreisförmig auf der Gussplatte. Gleichmäßig deswegen, damit der Planlauf der Schleifscheibe erhalten oder erreicht wird. Man wird so eine abgerichtete und sehr griffige Diamant-Schleifscheibe erhalten.

    Info

    In Gedenken an Horst Melzer, der 2014 verstarb.