Gleitschleifen

Bei dem Gleitschleifen handelt es sich um ein chemisch-mechanisches Verfahren zur gleichzeitigen Reinigung, Entgratung und Oberflächenveredelung. Dabei werden die zu bearbeitenden Werkstücke zusammen mit Schleifkörpern (Chips) in einen Arbeitsbehälter gegeben und relativ zueinander bewegt, so dass sich eine Schleifbewegung ergibt. In vielen Fällen wird zudem ein Compound (Bearbeitungsfluid) zugegeben, um die Reinigung und Bearbeitung chemisch zu unterstützen. Metallabtrag, Schleifbild und Oberflächenrauheit hängen in erster Linie von der Zusammensetzung und Größe der Chips ab, während die Reinigungs- und Entfettungswirkung vornehmlich durch die Compounds bestimmt werden. Da es sich beim Gleitschleifen um ein abtragendes Verfahren handelt, muss mit Kantenverrundungen und Geometrieveränderungen gerechnet werden. Beruht die Reinigung ausschließlich auf der chemischen Wirkung des Reinigungsfluids und werden keine Schleifkörper eingesetzt, entspricht das Verfahren der Trommelreinigung.

Fliehkraftanlage: Walther Trowal GmbH & Co KG

Physikalischer Hintergrund

Bei dem Gleitschleifen können, je nach Erzeugung der Relativbewegung zwischen Werkstücken und Schleifkörpern, vier Verfahrensvarianten unterschieden werden:

Haupteinsatzgebiete

Bei dem Gleitschleifen handelt es sich um ein chemisch-mechanisches Verfahren zur gleichzeitigen Reinigung, Entgratung und Oberflächenveredelung. Die Anwendungsbereiche umfassen das Aufhellen, Polieren, Entgraten, Verrunden, Glätten, Glänzen, Schleifen, Entfetten, Entzundern, Entlacken und Entrosten von Bauteilen verschiedenster Art.

Bei den meisten Gleitschleifverfahren ist eine Handhabung der zu reinigenden Bauteile als Schüttgut erforderlich. Durch das Schleppschleifen können jedoch auch große und empfindliche Bauteile ohne gegenseitige Berührung gereinigt werden.

Typische Werkstücke, die durch Gleitschleifen behandelt werden, sind: Stanzteile, Gussteile, Schmiedeteile, Getriebeteile, Hydraulikkomponenten, Werkzeuge, Armaturen, Beschläge, Bestecke, Messer, chirurgische Instrumente, Implantate, Turbinenschaufeln, Zahnräder, Waffenteile, Patronenhülsen, Stifte, Kontakte, Federn, Münzen, Keramik-, Gummi- und Kunststoffteile usw.

Die Bauteile weisen nach dem Gleitschleifen hochreine Oberflächen mit geringer Rauhtiefe auf. Da es sich beim Gleitschleifen um ein abtragendes Verfahren handelt, muss jedoch mit Kantenverrundungen und Geometrieveränderungen gerechnet werden.

Umwelt- und Arbeitsschutz

Beim Gleitschleifen tritt wegen der häufigen mechanischen Stöße zwischen den Werkstücken, den Schleifkörpern und der Trommelwand oft ein erheblicher Lärmpegel auf. Deshalb sind entsprechende Schutzmaßnahmen, wie zum Beispiel Schallschutzhauben oder das Tragen von Gehörschutz, zu berücksichtigen.

Das Abwasser aus Gleitschleifprozessen enthält neben den von den Bauteilen abgelösten Verschmutzung auch feinen Schleifkörper- und Werkstückabrieb, der abgetrennt und entsorgt werden muss. Die beiden meistverwendeten Verfahren hierzu sind die Aufbereitung in einem Flockungsreaktor und die Aufbereitung in Zentrifugen. Das gereinigte Prozesswasser kann dann meist im Kreislauf geführt werden. Frischwasser ist in der Regel nur in geringer Menge zur Ergänzung des Prozesswassers erforderlich.

Prozesswasser-Aufbereitung: Rösler Gleitschlifftechnik

Anlagen und Kosten

Die Anlagen, die für das Gleitschleifen eingesetzt werden, können hinsichtlich dem Wirkprinzip zur Umwälzung der Bauteile und Schleifkörper unterteilt werden in:

Schwerkraftanlagen
Fliehkraftanlagen
Vibrationsanlagen
Schleppschleifanlagen

Schwerkraftanlagen

Bei den Schwerkraftanlagen wird die Umwälzbewegung der Bauteile und Schleifkörper durch eine umlaufende Trommel bzw. Glocke realisiert. Die sechs- oder achteckigen Trommeln haben, je nach zu reinigender Werkstückgröße, einen Durchmesser von einigen 100 mm bis über 1000 mm. Sie werden oftmals mit elastischem Kunststoff oder Gummi ausgekleidet, um die Lärmentstehung zu vermindern und eine Beschädigung der Trommel durch die Schleifkörper zu minimieren.

Das wirtschaftlichste Arbeitsvolumen liegt bei ca. 45 % bis 60 % des Trommelvolumens. Die optimale Drehzahl liegt meist im Bereich zwischen 15 und 60 U/min. Bei schweren Werkstücken wird empfohlen, die Füllmenge auf 75 % des Trommelvolumens zu erhöhen und die Drehzahl zu senken, um starke Aufschlageffekte der Werkstücke und somit deren Beschädigung, sowie störenden Lärm zu verhindern.

Die Be- und Entladung erfolgt bei fliegend gelagerten Trommeln durch eine Klappe an der Stirnseite, bei beidseitig gelagerten Trommeln an der Umfangsseite. Ein Nachteil ist der für Trommelgleitschleifanlagen typische Chargenbetrieb. Ein weiterer Nachteil ist die deutlich geringere Schleifleistung gegenüber den Schleppschleif- und Fliehkraftanlagen.

Rösler Gleitschlifftechnik Wrede Maschinenfabrik GmbH

Fliehkraftanlagen

Die Fliehkraftanlagen können, entsprechend ihrer Arbeitsweise, unterteilt werden in Planetentrommelanlagen und zylindrische Behälter mit rotierenden Böden (siehe physikalischer Hintergrund). Heutzutage werden nahezu ausschließlich Behälter mit rotierenden Böden eingesetzt. Planetentrommelanlagen sind in der Praxis kaum mehr von Bedeutung.

Heute übliche Fliehkraftanlagen werden mit Behältergrößen bis zu 500 Litern und einer Leistung bis ca. 5 kW bei manuellen, bzw. ca. 30 kW bei 2-Chargen Anlagen, geliefert. Die Drehzahlen liegen zumeist zwischen 50 U/min und 300 U/min.

Aufgrund der hohen realisierbaren Schleifdrücke können mit Fliehkraftanlagen auch leichte Werkstücke, wie Federn, Kontakte, Nieten, Uhren- und Elektronikteile, in verhältnismäßig kurzen Zeiten (bis 30-mal kürzer als bei Vibrationsanlagen) bearbeitet werden.

Rösler Gleitschlifftechnik

Vibrationsanlagen

Bei den Vibrationsanlagen wird die Umwälzbewegung der Werkstücke und Schleifkörper durch Vibration realisiert. Aus dem Verfahrensprinzip resultiert ein nur geringer Schleifdruck, der eine nur geringe Schleifleistung zur Folge hat. Das optimale Verhältnis der Werkstücke zu den Schleifkörpern liegt, je nach Anwendungsfall, bei 1:6 bis 1:2. Außerdem sollte das Werkstück-Schleifkörper-Gemisch den Vibrationsbehälter zu 60 % bis 80 % ausfüllen. Ist der Füllgrad geringer, hat die geringere Anpresskraft eine geringere Schleif- bzw. Reinigungsleistung zur Folge. Die Erhöhung der Frequenz bewirkt, bis zu einem gewissen Wert, auch eine Erhöhung der Reinigungsleistung. Bei den Vibrationsanlagen können drei Bauformen unterschieden werden.

1. Rundvibratoren

Bei Rundvibratoren handelt es sich um ringförmige Behälter, in denen das Werkstück-Schleifkörper-Gemisch durch Vibration zum Umlaufen gebracht wird. Diese robusten, einfach zu handhabenden Anlagen sind für ein sehr weites Anwendungsspektrum einsetzbar. Anlagen mit manueller Be- und Entladung werden hauptsächlich für Kleinserien und Einzelfertigung verwendet, da hier nur ein chargenweiser Betrieb möglich ist. Nach jedem Bearbeitungsdurchgang muss der ganze Inhalt herausgenommen und anschließend das Werkstück-Schleifkörper-Gemisch separiert werden. Mit entsprechenden Peripheriegeräten für die Werkstückbeladung und Nachbehandlung sind Rundvibratoren aber auch zum vollautomatischen Bearbeitungszentrum ausbaubar.

Rösler Gleitschlifftechnik

2. Trogvibratoren

Dieser Anlagentyp wird zumeist in Anwendungsbereichen eingesetzt, in denen der größte Rundvibrator aufgrund der Werkstückabmessungen nicht mehr ausreicht. Trogvibratoren eignen sich besonders für beschädigungsempfindliche Grossteile, die auch in separaten Kammern ohne gegenseitiges Berühren bearbeitet werden können. Trogvibratoren werden bis zu einer Länge von 12 m und einer Antriebsleistung bis zu 22 kW gebaut. Die Beladung kann entweder manuell erfolgen oder auch automatisiert werden. Bei den manuell beladenen Vibratoren handelt es sich meistens um Mehrbehälteranlagen, die einen wirtschaftlichen Chargenbetrieb ermöglichen. Dabei findet nur eine reine Umwälzung des Behälterinhalts statt, ohne dass eine Fortbewegung des Inhalts erfolgt. Automatisierte Trogvibratoren transportieren den Inhalt kontinuierlich von einem Ende an das andere.

Rösler Gleitschlifftechnik

3. Spiralvibratoren

Bei den Spiralvibratoren durchlaufen die Werkstücke mehrmals einen spiralförmigen Behälter. Am oberen Spiralende werden sie zu dem tiefer liegenden Behälteranfang befördert und durchlaufen dann erneut die Anlage. Dies erlaubt eine "First in - First out"-Bearbeitung auf einer gestreckten Länge bis zu 27 Metern in variablen Durchlaufzeiten. Der hohe Automatisierungsgrad dieses Verfahrens, seine Eignung für den Durchlaufbetrieb und der geringe Platzbedarf stellen wichtige Vorteile gegenüber den anderen Varianten dar.

Rösler Gleitschlifftechnik

Schleppschleifanlagen

Das Schleppschleifen wird angewendet, wenn eine gegenseitige Berührung hochwertiger, empfindlicher Werkstücke verhindert werden soll.

Gegenüber dem Vibrationsgleitschleifen erzielt das Schleppschleifen eine bis zu 40-fach höhere Schleifleistung. Somit werden auch bei extrem harten, schwer zerspanbaren Materialien nach nur kurzer Bearbeitungszeit extrem reine und glatte Oberflächen erreicht. Auch konturreiche Teile mit komplexer Geometrie können gleichmäßig geschliffen werden. Somit kann das Schleppschleifen auch als Ersatz für aufwendige und teure Handarbeit an sehr hochwertigen Bauteilen eingesetzt werden.

Das Be- und Entladen von Schleppschleifanlagen erfolgt in der Regel von Hand, lässt sich mit Hilfe von pneumatisch betätigten Schnellverschlusskupplungen für die Aufnahme der Werkstücke jedoch auch automatisieren.

Rösler Gleitschlifftechnik

Referenzen

H.-M. Beier
Industrielles Entgraten
Verlag Technik, 1990

H.-M. Beier
Handbuch Entgrattechnik
Hanser-Verlag, 1999

W. Burkart
Handbuch für das Schleifen und Polieren
Eugen G. Leuze Verlag, 1991

H. E. Hinz
Gleitschleifen: Grundlagen, Maschinen, Chips, Compound, Analysen, Abwasser, Kostenrechnungen
Expert-Verlag, 1980

H. Prüller
Grundlagen der Gleitschleiftechnik
Entgrat-Technik: Entwicklungsstand und Problemlösungen (1992),
S. 43-73, 1992

K. Przyklenk, M. Schlatter
Entgraten von Werkstücken aus Aluminium - Stand der Technik
Aluminium-Verlag, 1987

F. Schäfer
Entgraten - Theorie, Verfahren, Anlagen
Krausskopf-Verlag, 1975

Name des Autors: team