Projekt 17553/01

Entwicklung eines produktionsintegrierten Verfahrens zur MICROFINISH-Oberflächenfeinstbearbeitung unter Substitution der überfluteten Kühlschmierung durch umweltfreundliche Minimalmengenschmiertechnik

Projektträger

Thielenhaus Technologies GmbH
Schwesterstr. 50
42285 Wuppertal
Telefon: 0202/481248

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Für das Verfahren Schleifen und seine Modifikationen liegen umfangreiche Ergebnisse zur Optimierung des Zerspanungshilfsstoffes vor, positive Effekte lassen sich für Prozesse ableiten. Auf das Finishen lassen sich diese Ergebnisse nicht übertragen. Die Aufgabenstellung beinhaltet Untersuchungen der Kontaktzone zwischen Werkzeug und Werkstück beim Finishprozess mit den Zielsetzungen:
- Optimierung des Kühlschmierstoffes in der Kontaktzone
- Minimierung der Kühlschmierstoffmenge,
- Umweltverträgliche Kühlschmiermittel für den Microfinishprozess,
- Verzicht auf Kühlschmierstoff.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIn einer Grundsatzanalyse wurde für Thielenhaus - Microfinishmaschinen systematisiert:
- Art und Zusammensetzung verwendeter Kühlschmierstoffe,
- Zuführbedingungen und Kontaktzonengestaltung,
- Kühlmittelanlagen - Art und Filterung.
In Abhängigkeit von Verfahrensmodifikationen der Finishbearbeitung wurden Kontaktzonen für repräsentative Werkstücke untersucht:
- Wellenförmige Teile ® Wellenfinishen
- Kleine Futterwerkstücke ® Futterteilfinishen
- Bremsscheiben ® Doppelseitenbearbeitung
Für das Wellenfinishen wurde ein neues technologisches Bearbeitungskonzept entwickelt. Die Finishbearbeitung ohne Zerspanungshilfsstoff wurde an diversen Kundenwellen erprobt.
Das Finishen von Futterteilen mit höchsten Qualitätsanforderungen ist nur in einem sehr engen technologischen Fenster möglich. Nur eine exakte Dosierung aller Einstellgrößen lässt ein prozesssicheres Bearbeitungsverfahren zu. Der Einfluss des Zerspanungshilfsstoffs wurde optimiert: Zuführungsmenge und -geometrie, Zusammensetzung, Dosierung, Säuberung.
Für moderne Bremsscheibentechnologien wurden neue Maschinenkonzepte entwickelt, Baugruppen modifiziert und technologische Grundlagenuntersuchungen gefahren.


Ergebnisse und Diskussion

Technisch-technologische Lösungen wurden erarbeitet, Erprobungen wurden durchgeführt.
An den 3 Schwerpunktgebieten
a) Wellenförmige Teile
b) Kleine Futterwerkstücke
c) Bremsscheiben
wurde im Rahmen dieses Themas gleichzeitig gearbeitet.
zu a) Ein neu entwickelter und auch patentierter Prozess (CAB-Prozess) der Firma Thielenhaus realisiert Bearbeitungen ohne Zerspanungshilfsstoff. Bei diesem Verfahren bewerkstelligt ein umlaufendes CBN- oder Diamantband den Finishprozess. Der Werkstückabtrag und die Werkzeugpartikel werden abgesaugt, übrig bleibt trockener Staubsaugerabfall.
zu b) Die Entwicklung einer neuen Maschinengeneration für MICROFINISH-Planbearbeitungen ist mit der MicroStar Serie 200 erreicht. Kleine Futterwerkstücke werden in erster Linie mit korngebundenen Werkzeugen (Topfscheiben - AlO, SiC, CBN, Diamant) bearbeitet.
Die Möglichkeit einer Bearbeitung ohne Zerspanungshilfsstoff wurde noch nicht erreicht. Es wurde experimentiert, in erster Linie Werkzeuge mit Industriepartnern zu entwickeln, die für gleiche Oberflächenqualitäten gegenüber der Nassbearbeitung für eine Trockenbearbeitung geeignet sind.
Als Ergebnis lässt sich zusammenfassen:
· Die Vor- und Fertigbearbeitung mit CBN- und Diamantwerkzeugen ist trocken möglich. Die erzielbaren Rautiefen liegen gegenüber der Nassbearbeitung noch zu hoch. Die Werkzeuge müssen weiterentwickelt werden.
· Die Feinstbearbeitung ist ohne Zerspanungshilfsstoff nicht möglich. Die Wärmeeinbringung durch das MICROFINISHEN in das Werkstück ist trotz zusätzlicher CO2-Kühlung zu groß.
Durch eine neuentwickelte MicroSense-Zustelltechnik (CNC-Kraft-Wegsteuerung) lassen sich bei der Nassbearbeitung Werkzeugkosten um ca. 22% reduzieren.
zu c) Der Stand der Untersuchungen für GGG-Bremsscheiben ist, dass die Bremsscheibenbearbeitung aufgrund des Aufmassvolumens und der nicht erlaubten Temperaturerzeugung während des Bearbeitungsprozesses nur durch Nassschleifen prozesssicher funktioniert. Die Bearbeitung von keramischen Bremsscheiben ist durch Doppelseitenschleifen möglich. Das Verfahren setzt sich aus einem radialen Doppelseiten-Einstechschleifen und anschließender Doppelseiten-Planzustellung zusammen. Nur der Einsatz von Diamantscheiben ermöglicht die Schleifbearbeitung.
Notwendig ist eine Volumenspülung der Schleifkontaktzone und mit Hochdruckspülung zur Säuberung der Werkzeugschneidfläche.
Die Grundlagenuntersuchungen mit beschichteten Gussbremsscheiben ließen erkennen, dass ein sicherer Prozess nur mit Zerspanungshilfsstoff möglich ist. Die durchgeführten Analysen und technologischen Untersuchungen können als Grundlagenversuche gewertet werden, die in die konstruktiven Arbeiten direkt einfließen.
In weiteren umfangreichen technologischen Untersuchungen, gezielt an Kundenwerkstücken, wird erst die Optimierung und Vervollständigung der neu entwickelten Systeme gelingen.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Der Prototyp MicroStar 286 und eine Wellenfinishmaschine (CAB - Prinzip) wurden im Juni 2002 auf der METAV in Düsseldorf der Industrie vorgestellt. Zu Erprobungszwecken und für Kundenvorführungen steht die Futterteilmaschine im Vorführraum bei der Fa. Thielenhaus.


Fazit

Das Projekt Umwelttechnik half der Fa. Thielenhaus vorhandene Prozesse zu überdenken und weiterzuentwickeln. Durch gezielte Prozessinfragestellungen konnte ein deutlicher technisch und technologischer Schub dem Unternehmen gegeben werden. Das Niveau der Futterteilmaschinen konnte wesentlich erhöht werden, teilweise konnten Alleinstellungsmerkmale herausgearbeitet werden.
Beim Umbruch der Bremsscheibenfertigung kann die Fa. Thielenhaus mit leistungsfähigen Lösungen aufwarten und den Markt bedienen.
Der CAB-Prozess (=Continuous Abrasive Belt) bedeutet eine sinnvolle Ergänzung der klassischen Band- und Steinfinishverfahren.
Mit den entwickelten Produkten soll die Marktpräsens erhalten und ausgebaut werden.

Übersicht

Fördersumme

166.169,86 €

Förderzeitraum

01.02.2001 - 01.08.2002

Internet

www.thielenhaus.com

Bundesland

Nordrhein-Westfalen

Schlagwörter

Klimaschutz
Umweltforschung
Umwelttechnik