„Neue Prozesse sind ideal geeignet, um hohe Endqualität zu erreichen“, weiß Prof. Dirk Biermann, Leiter des Instituts für Spanende Fertigung (ISF) an der TU Dortmund. Fotos: ISF Dortmund
„Neue Prozesse sind ideal geeignet, um hohe Endqualität zu erreichen“, weiß Prof. Dirk Biermann, Leiter des Instituts für Spanende Fertigung (ISF) an der TU Dortmund. Fotos: ISF Dortmund

Feinwerktechnik

20. October 2021 | Teilen auf:

Messe: „Der Laser bedroht uns Schleifer nicht“

(Oktober 2021) Die neue Messe Grinding-Hub von der Messe Stuttgart, Swissmem und VDW findet im Mai 2022 statt. Der bekannte Schleifexperte Prof. Dirk Biermann, Leiter des Instituts für Spanende Fertigung (ISF) an der Technischen Universität Dortmund, sagte sofort seine Unterstützung zu. Details nennt der ISF-Chef im Interview.

Wenn die Grinding-Hub in Stuttgart das Licht der Welt erblickt, feiert das ISF in Dortmund sein Fünfzigjähriges. Wie hat sich aus Ihrer Sicht als früherem Motorenentwickler und heutigem Institutsleiter das Schleifen in dieser Zeit verändert?

Es ging früher recht rustikal zu. Mittlerweile sind wir mit Blick auf Präzision und Oberflächenqualität in damals nicht realisierbare Submikrometebereiche vorgestoßen. Das ging aber nicht zu Lasten der Produktivität, die sich gleichzeitig auch erhöht hat.

Im Kommen sind neue Verfahren wie das Laserpolieren: Was spricht für sie, wo ist das Schleifen weiterhin gefragt?

Ich sehe das Laserpolieren primär als Ergänzung. Die relativ junge Technologie hat schon Nischen erobert wie etwa in der Kunststoff- und Medizintechnik. Es gibt bereits einige interessante Lösungen, doch das Laserpolieren deckt längst nicht alle Anwendungen etwa im Bereich des Schleifens und Finishens ab. Hinzu kommt, dass der Einstieg noch verhältnismäßig teuer ist.

Das Verfahren (Tool)Prep bietet allen Werkzeugschleiferinnen und Werkzeugschleifern die Chance, auf eigenen Maschinen Schneidkanten einfach und reproduzierbar zu präparieren.

Welche Herausforderungen stellen neue Antriebskonzepte wie die Elektromobilität an das Schleifen?

Dieser Trend erhöht die Anforderungen an das Schleifen. Bisher hat der Verbrennungsmotor die Geräusche zum Beispiel von Lagern, Zahnrädern oder Getrieben überdeckt. Besonders herausfordernd ist jedoch die Bearbeitung von Gehäusen, die durch integrierte Antriebssysteme in Kombination mit Leichtbaulösungen in Elektrofahrzeugen strukturbedingt leicht in Schwingung geraten. Daher sind spezielle Lösungen erforderlich, um die geforderten engen Toleranzen sicher einzuhalten.

Sie sprechen die hör- oder spürbaren Schwingungen in Kraftfahrzeugen an, die in erheblichem Maße von neuen, leichten Werkstoffen beeinflusst werden. Wie reagiert die Schleiftechnologie zum Beispiel auf neue Verbundwerkstoffe?

Etwa bei den Carbonfaserkunststoffen, kurz CFK, sehe ich tolle Chancen für das Schleifen. Viele Anwender bearbeiten CFK ja noch mit Werkzeugen mit geometrisch bestimmter Schneide. Doch der Verschleiß fällt hier beim Bohren und Fräsen hoch aus. Das Institut für Spanende Fertigung hat als Alternative ein deutlich wirtschaftlicheres Diamantschleifverfahren entwickelt. Ich gehe davon aus, dass das Interesse daran mit wachsender Anzahl an CFK-Verarbeitungen zunehmen wird.

Beim Verfahren (Tool)Prep wird die Schneidkantenpräparation mit Hilfe eines austauschbaren Wechselelementes innerhalb des Dorns einer modifizierten Schleifscheibenaufnahme erreicht.

Stichwort 3D-Druck: Brauchen wir neue Schleiftechnologien, um additiv gefertigte Bauteile zu bearbeiten?

Ja, hier sind maßgeschneiderte, angepasste Lösungen gefragt: Neue Prozesse sind ideal geeignet, um hohe Endqualität zu erreichen. In dem EU-Projekt „Advanced Processing of Additively Manufactured Parts“ – kurz Ad-Proc-Add – erforscht ein internationales Netzwerk neue Prozesse zum Bearbeiten von additiv gefertigten Bauteilen. Es geht dort innerhalb der Fertigungskette von additiv hergestellten Stahlwerkstoffen unter anderem um die Wechselwirkungen mit spanender Nachbearbeitung. Das ISF kümmert sich um die Themen Schleifen, Nassstrahlspanen und Microfinishen.

Wie ist der Stand der Dinge beim abrasiven Nass-Strahlspanverfahren? Sie treiben es gemeinsam mit der Schweizer Nicolis Technology für die gezielte Schneidkantenpräparation voran.

Wir setzen einen Knickarm-Roboter ein, der die Schleifwerkzeuge hält, um prozesssicher und reproduzierbar anspruchsvolle Werkzeuge wie Bohrer oder Schaftfräser zu bearbeiten. Das gelingt mittlerweile so gut, dass sich damit sogar unsymmetrische Schneidkanten bei Bohr- und Fräswerkzeugen herstellen lassen. 

Schneidkanten-Bearbeitung zählt ja generell zu den Stärken des Schleifens: Welche weiteren Entwicklungen gibt es dazu am ISF?

Ein Team unter Dr. Timo Bathe und Alexander Ott hat das Verfahren (Tool)Prep entwickelt, mit dem sich Werkzeugschneidkanten an die jeweiligen Einsatzbedingungen anpassen lassen. Die beiden ISF-Wissenschaftler haben sich mit einem Start-up selbstständig gemacht, um diese Art der Schneidkantenpräparation weiterzuentwickeln und zu vermarkten. Das Besondere: (Tool)Prep bietet jedem Werkzeugschleifer eine einfache und reproduzierbare Schneidkantenpräparation auf eigenen Maschinen. Erreicht wird dies mit Hilfe eines austauschbaren Wechselelements innerhalb des Dorns einer modifizierten Schleifscheibenaufnahme.

Warum gibt es am ISF im Rahmen eines eigenen Sonderforschungsbereichs ein Grundlagenprojekt zum Schleifen von inhomogenen mineralischen Untergründen wie Stahlbeton?

Eine große Herausforderung sind die Schwankungen der Prozessbedingungen. So stammen die natürlichen, mineralischen Bestandteile aus unterschiedlichen Regionen – zum Beispiel aus dem Rheingebiet oder dem Schwarzwald. Zum Einsatz kommen hier wie bei vielen metallisch basierten Werkstoffen diamantbeschichtete Werkzeuge, bei denen wir die Form und die Anordnung der Diamantkörner an den jeweiligen Stahlbeton anpassen.

Wie beurteilen Sie den Trend zu additiv beschichteten Schleifwerkzeugen?

Das ist eine hochinteressante Lösung, auf die bereits einige Schleifwerkzeug-Hersteller setzen. Der 3D-Druck bietet hier spannende Möglichkeiten, wie etwa das Drucken von Kanälen für die Kühlschmiermittel-Versorgung. 

Was bedeutet für Sie die neue Messe Grinding-Hub?

Wettbewerb belebt das Messegeschäft. Forscher aus dem Bereich Schleifen wie ich besuchen daher beide Messen, also Grind-Tec und Grinding-Hub.

Wo können sich Besucherinnen und Besucher vorher über den neuesten Stand der Schleiftechnik aus wissenschaftlicher Sicht informieren? 

Mit dem Dortmunder Schleifseminar 2021 schlagen wir am 29. und 30. September wieder eine Brücke zwischen praxisorientierten Entwicklungen und wissenschaftlichen Ansätzen. Das Know-how dieser Veranstaltung und unsere Expertise nutzen wir, um für die Grinding-Hub-Besucher im Mai in Stuttgart aktuelle Forschungsergebnisse und relevante Entwicklungen zu präsentieren.

(Das Interview führte Nikolaus Fecht, freier Fachjournalist aus Gelsenkirchen.)

Hintergrund:

Grinding-Hub 2022 in Stuttgart

Vom 17. bis 20. Mai 2022 findet erstmals in Stuttgart die GrindingHub statt. Sie ist die neue Leitmesse und das neue Zentrum für die Schleiftechnik. Ausgerichtet wird sie, künftig in einem Zweijahres-Turnus, vom VDW (Verein Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken), Frankfurt am Main, in Kooperation mit der Messe Stuttgart und in ideeller Trägerschaft des Industriesektors „Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik“ von Swissmem (Verband der Schweizer Maschinen-, Elektro- und Metallindustrie). Die Schleiftechnik gehört in Deutschland zu den Top-4 Fertigungsverfahren innerhalb der Werkzeugmaschinenindustrie. 2020 hat die Branche Maschinen im Wert von 870 Millionen Euro produziert. Fast achtzig Prozent gingen in den Export, davon etwa die Hälfte nach Europa. Die größten Absatzmärkte sind China, die USA und Frankreich. Unter den Top-Produzenten führen Deutschland, Japan und die Schweiz die Weltrangliste an. Weltweit produzierte die Schleiftechnik 2019 Maschinen im Wert von 4,9 Milliarden Euro.

zuletzt editiert am 20.10.2021