Säge- und Trennschleifmaschine

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Sägemaschinen dienen zum Trennen von Materialien und Halbzeugen. Die Verfahren können in kontinuierlich (Bandsägen, Kreissägen) und diskontinuierlich (Bügelsäge) unterschieden werden. Die Trennschleifmaschine ist für das Kalttrennen von Stählen bei Raumtemperatur vorgesehen.

Sägemaschine

Sägemaschinen sind stationäre Metallbearbeitungsmaschinen für Kaltarbeit. Sie dienen zum Trennen von Materialien (Aluminium, Buntmetalle, Stahl, Faserverbundwerkstoffe, Holz) in unterschiedlichen Formaten (Blech, Stabmaterial, Platten, Profile). Als Sägewerkzeug wird je nach Maschinentyp ein Endlossägeband, ein Kreisblatt oder ein Langblatt in die Säge eingesetzt. Technologisch ist das Sägen dem Fräsen ähnlich. Dies trifft insbesondere beim Kreissägen zu. Das Kreissägeblatt wirkt wie ein Scheibenfräser. Bandsägen und Kreissägen arbeiten mit kontinuierlicher Schnittbewegung. Demgegenüber liegt bei Bügelsägen eine diskontinuierliche Schnittbewegung vor. Neben der Werkzeuggeometrie ist die Materialpaarung Werkstoff-Werkstück bei der Sägebearbeitung ein Auswahlkriterium für Schnittparameter und Standzeit. In den vergangenen Jahren haben die Hersteller von Sägemaschinen ihre Produkte weiter hinsichtlich Wirtschaftlichkeit und Genauigkeit optimiert. Es werden immer mehr halb- und vollautomatische Abläufe realisiert. Entsprechende zu- und Abfuhreinrichtungen ermöglichen eine hohe Flexibilität und Produktivität.

Kreissägemaschinen

Kreisägemaschinen ermöglichen höchste Schnittleistungen und werden bis zu Werkstückdurchmessern von ca. 500 mm eingesetzt Der Arbeitsbereich ist durch den Sägeblattdurchmesser begrenzt. Dieser ist effektiv bis zu eiem Drittel nutzbar. Werkstücke größer als 500 mm werden auf Bandsägen getrennt. Im Gegensatz zum Sägeband ermöglicht das Kreissägeblatt einen einfachen automatisierten Werkzeugwechsel in Abhängigkeit vom Werkstückmaterial oder dem Verschleißzustand des Sägeblattes. Der Verschleißzustand des Sägeblattes wird mittels Körperschallsensoren oder dem Antriebssignal überwacht. Ergänzt durch eine automatisierte Peripherie kann eine hohe Produktivität erreicht werden. Hinsichtlich der Bauform kann zwischen unterhalb des Tisches und oberhalb des Tisches angeordnetem Sägeaggregat unterschieden werden. Zur Ausführung von Gehrungsschnitten wird das Sägeaggregat mit einer Drehachse ausgeführt. Der Schwenkkreis ist in der Regel im Bereich +/- 60 Grad realisiert. Werkzeugseitig werden Vollhartmetall-Sägeblätter, oder hartmetallbestückte Sägeblätter eingesetzt. Materialabhängig wird mit Kühlschmierstoff oder in Trockenbearbeitung gesägt.

Ultraschall-Kreissägen

Zur Erzielung höherer Leistung bei hoher Schnittqualität, guter Laufruhe, maximaler Standzeit und geringer Stammblattstärke bietet sich eine ultraschallüberlagerte Zerspanung an. Durch die Kombination der Ultraschalltechnologie und Kreissägeprozesse werden die Bearbeitungkräfte meist deutlich reduziert. Dies ermöglicht zum einen den Einsatz dünnerer Kreissägewerkzeuge, was den Verschnitt senkt. Im gegenläufigen Ansatz kann zum anderen durch diese Technologie eine Steigerung der maximalen Vorschubgeschwindigkeit erreicht werden, was den Materialdurchsatz erhöht und die Maschinenbelegzeiten verringert. Beide Ansätze senken die Bearbeitungskosten und steigern so die Wirtschaftlichkeit von Kreissägeprozessen. Die Ultraschallzerspanung basiert auf der Einbringung einer zusätzlichen Energie in Form von (Körperschall-) Schwingung. Hierbei werden vergleichsweise kleine Amplituden (ca. 10 µm) und hohe Frequenzen (ca. 20 bis 60 kHz) verwendet. Diese Kombination ermöglicht die wirtschaftliche Bearbeitung von hochfesten Werkstoffe

Langschnitt-Kaltkreissäge

Langschnitt-Kaltkreissägen eignen sich besonders um große Schnittlängen zu realisieren. Sie werden für Vollmaterial, Rohre, Profile und Bleche eingesetzt. Der Schnitt kann gerade oder in Gehrung ausgeführt werden. Ein genauer Schnitt wird durch Sägeblatt-Stabilisatoren gewährleistet. Dies sind mehrere verschiebbare hydraulische Spannzylinder. Das Sägeblatt ist in Schnittrichtung verfahrbar.

Kreissägen zum Innenlochtrennen

Bei Kreissägen zum Innenlochtrennen befindet sich die Schneidkante an der Innenseite einer Bohrung in der Mitte des kreisförmigen Sägeblattes. Dies hat den Vorteil einer steifen Einspannung des Sägeblattes und somit geringeren Schwingungen im Prozess. Hierdurch können präzise Schnitte mit dünnen Sägeblättern realisiert werden. Das Innenlochtrennen wird bei spröden Materialien z.B. dem Schneiden von Waffern aus Halbleiterrohlingen eingesetzt. Hierbei wird eine hohe Planarität erreicht. Die minimale Schnittbreits reduziert den Materialverlust.

Bügelsägemaschine

Beim Trennen von Werkstücken im Bereich von 200 – 500 mm Durchmesser kommen Bügelsägemaschinen zum Einsatz. Die Bügelsäge arbeitet im diskontinuierlichen oder unterbrochenen Schnitt. Der bogenförmige Schnitt und die reversierende Hauptbewegung werden durch eine Kurbelschleife erzeugt. Durch diesen unterbrochenen Schnitt ist die Trennleistung einer Bügelsäge kleiner als bei kontinuierlichen Sägeverfahren. Daher werden Bügelsägen bei geringen Kapazitätsanforderungen in erster Linie als Werkstattmaschinen eingesetzt. Die Bügelsäge arbeitet mit bogenförmig stoßendem Räumschnitt. Der Schnittdruck ist stufenlos regelbar.Mit diesem Verfahren können auch dünnwandige Teile mit hoher Leistung zerspant werden, was eine am Sägeblatt entlangwandernde Eingriffszone aufgrund der Kinematik (stoßend) ermöglicht. In der Regel ist eine mechanische Schnittvorschubautomatik mit Druckdämpfung beim Materialanschnitt im ziehenden Schnitt mit Abhebung beim Rücklauf realisiert.

Bandsägemaschinen

Bandsägemaschinen werden in unterschiedlichen Bauformen ausgeführt. Zum einen bezieht sich dies auf die Anordnung des Sägebandes. Das Sägeaggregat kann für einen horizontalen Schnitt oder einen vertikalen Schnitt in seiner Grundeinstellung konzipiert sein. Horizontale Bandsägemaschinen eignen sich besonders zum Trennen größerer Werkstückdurchmesser und werden zum Absägen von Vollmaterial, Rohren und Profilen aus Stahl, Guss, Leicht- und Buntmetallen eingesetzt. Sie werden in unterschiedlichen Automatisierungsgraden ausgeführt. Horizontale Bandsägemaschinen werden in Schwenkrahmenbauweise oder in Zweisäulenbauweise konstruiert. Die Zweisäulenbauweise ist steifer und ermöglicht daher einen stabileren Prozessverlauf. Mit Horizontal-Bandsägemaschinen können exakte Schnitte mit hoher Planparallelität bei geringem Schnittverlust realisiert werden. Bandführungen verhindern hierbei das Verlaufen des Sägebandes. Sie passen sich im Abstand dem Werkstückquerschnitt an. Bei kleineren Werkstückdurchmessern wird häufig im Lagen- und Bündelschnitt gearbeitet. Zur Anpassung an die Materialart und die Werkstückform sind die Schnittgeschwindigkeit und der Schnittdruck stufenlos regelbar. Die Spanabnahme pro Sägezahn ist mit 0,01mm geringer als bei anderen Sägeverfahren. Daher kann die Bandsäge mit geringerer Antriebsleistung ausgeführt werden. Der Sägeblattverlauf wird elektronisch überwacht, da er ein Standzeitkriterium für das Werkzeug darstellt. Kurz vor erreichen des Standzeitendes wird die Maschine abgeschaltet. Mittels eines Drehtisches mit variabler Winkeleinstellung können Gehrungsschnitte in einem Winkelbereich von in der Regel +/- 60 Grad realisiert werden. Der Drehpunkt liegt im Schnittpunkt von Materialanlagekante und Sägeblatteingriffslinie. Hierdurch wird eine hohe Maßhaltigkeit gewährleistet. Bandsägemaschinen mit vertikaler Sägebandanordnung benötigen eine kleinere Aufstellfläche. Auch hier bietet eine Drehachse des Sägeaggregates die Ausführung von Gehrungsschnitten.

Sägezentrum

Sägezentren sind leistungsfähige Sägen in Kombination mit einem Kragarm- und/oder Kassettenhochlager, welche eine flexible und automatisierte Materialhandhabung erlauben. Das an der Ein- und Auslagerstation aufgegebene Stangenmaterial wird von einem NC-gesteuerten Regalbediengerät innerhalb der Lagerblöcke einsortiert, von dort bei Bedarf wieder abgeholt und über eine Schnellwechselstalion einer Säge zugeführt. Auf diese Weise können Materialwechselzeiten von ca. 30 Sekunden (Span-zu-Span) erreicht werden.

Hersteller von Sägemaschinen

Akyapak Makina, Amada, Arnz Flott Werkzeugmaschinen, Behringer, BLM Group, Everising, Forte, Jaespa Maschinenfabrik, Kaltenbach, Kasto Maschinenbau, Knuth Werkzeugmaschinen, Meba, Optimum Maschinen, Paul Ferd. Peddinghaus, Trennjaeger, Vernet Behringer

Sägewerkzeuge

Das Sägen mit Hartmetallwerkzeugen setzt vergleichsweise hohe Kräfte frei. Deshalb erfordert das Sägen mit Hartmetallwerkzeugen grundsätzlich eine höhere Steifigkeit der Werkzeugmaschine. Sägevorschub und Getriebe müssen spielfrei ausgeführt sein. Auch die Schnittgeschwindigkeiten sind im Vergleich zu HSS deutlich höher. Ein nachträglicher Umbau einer HSS-Maschine auf Hartmetallbearbeitung ist wegen der aufwändigen Konstruktionsänderung nicht empfehlenswert.

Kreissägeblätter

  • HSS-Blatt ohne Beschichtung
  • HSS-Blatt mit Beschichtung (TiN=Titannitrid zum Trennen von Rohr und Profil)
  • HM-Blatt für Al-Bearbeitung (hohe Bearbeitungsgeschwindigkeit, 10-15 mal nachschärfbar)
  • HM-Blatt für Stahlbearbeitung (Einweg)

Sägebänder

  • Werkzeugstahl-Sägeband
  • Bimetall-Sägeband
  • HM-Sägeband (für Sägen von Chrom-Nickel-Stahl)

Hersteller von Sägewerkzeugen

dubro Werkzeuge, Kanefusa Co. Ltd, Karnasch Professional Tools, MA Tol Co. Ltd., Orion Tool Co Ltd, Ott+Heugel GmbH, Re-Bo Reber GmbH, Shinsei Corporation, Tiemann, Verantec Tool Technology, Walter GmbH, WIKUS-Sägenfabrik

Sicherheit bei Sägemaschinen für die Metallbearbeitung

Anforderungen an die Sicherheit bei Sägemaschinen für die Kaltbearbeitung von Metall sind in der Norm DIN EN 13898, Ausgabe Januar 2004 festgelegt. Der Anwendungsbereich der Norm umfasst alle gängigen Sägetypen (horizontale und vertikale Bandsägen, Kreissägen, Bügelsägen) für die Kaltbearbeitung von Eisen- und Nichteisenmetallen sowie zugehörige Einrichtungen, z. B. Spann- und Transporteinrichtungen. Die Sicherheitsanforderungen gelten für Sägen mit manueller, teilautomatischer oder automatischer Arbeitsweise.

Die Hauptgefährdungsfaktoren bei der Arbeit an Sägemaschinen sind:

  • Verletzungsgefahr durch scharfkantige Werkstücke oder beim Wechsel des Sägebandes,
  • Quetschgefahr der Hände oder der unteren Gliedmaßen durch kraftbetriebene Spanneinrichtungen,
  • Quetschgefahr durch Späneförderer,
  • Abtrennung von Körperteilen durch Einzug in laufendes Sägeblatt. Aufgrund unzureichender Berücksichtigung dieser Gefährdungen durch nicht normgerechte Ausführung der Maschinen, sind in jüngster Zeit z. T. schwere Unfälle zu beklagen. Als Unfallursache fallen immer wieder Konstruktionsmängel auf, wie unzureichender Zugriffsschutz auf das Sägeblatt bei Bandsägen oder nicht gesicherte automatische Bewegungen von Zuführ- bzw. Spannvorrichtungen.

Aber auch Fehlverhalten auf Betreiberseite hat zu Unfällen mit Gliedmaßenverlust geführt. Hier ist insbesondere die Nichtbeachtung des Handschuhtrageverbots bei laufender Maschine zu nennen.

Beschaffungsmerkmale für sichere Sägemaschinen

Bei der Beschaffung neuer Sägemaschinen sollten insbesondere folgende Merkmale nach [1] abgefragt werden:

  • Sind einstellbare Verkleidungen vorhanden, die das Sägeblatt soweit wie möglich abdecken können?
  • Sind Reinigungsbürsten (mitlaufend oder angetrieben) vor Zugriff geschützt?
  • Ist der Späneförderer abgedeckt, kraftbegrenzt oder einseitig liegend gelagert?
  • Sind Quetsch- und Schergefahren bei kraftbetätigten oder automatischen Bewegungen abgesichert?
  • Sind kraftbetätigte Bewegungen nur im Tippbetrieb oder mit Ortsbindung möglich?
  • Sind Schließbewegungen von Spanneinrichtungen abgesichert z. B. durch:

a) trennende Schutzeinrichtungen, oder b) Begrenzung des Hubweges auf max. 6 mm, oder c) Begrenzung der Schließgeschwindigkeit auf max. 10 mm/s in Verbindung mit Tippbetrieb?

  • Sind bewegliche trennende Schutzeinrichtungen (z. B. Klappen an der Verkleidung der Sägebandrollen) mit zwangsöffnenden Positionsschaltern überwacht?
  • Verfügt die Maschine über einen abschließbaren Hauptschalter und eine

oder mehrere rot-gelb gekennzeichnete Not-Halt Einrichtung(en)? Das Unfallrisiko lässt sich bei Beachtung der normgerechten Ausführung der Maschinen seitens des Herstellers und durch sicherheitsgerechtes Verhalten auf Betreiberseite erheblich reduzieren.

Trennschleifmaschine

Trennschleifmaschinen haben als Kenngrößen u.a. Trennschleifscheibendurchmesser, Trennschleifscheibenbreite, Schleifverhältnis und Zeitspanungsfläche. Bei diesem Prozess trennt eine Vielzahl von Schleifkörnern der Schleifscheibe Späne mit kleinen Dimensionen vom Werkstück ab. Dabei häufig auftretende negative Spanwinkel bei hohen Schnittgeschwindigkeiten führen zu Druck- und Temperaturspitzen in der Kontaktzone. Am Werkstück sind Aufhärtung, Verzug und Risse möglich. Für das System Werkstück-Werkzeug-Trennschleifmaschine gilt die Forderung nach maximaler Sicherheit gegen Bruch- und Verletzungsgefahr sowie Staub- und Lärmvermeidung.

Forschung zur Sägetechnik

Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart

Sägeverfahren – Bestandteile nahezu jeder Fertigungskette – sind auch in der Bearbeitung von unterschiedlichsten Werkstoffen von großer Bedeutung. Auf Grund dessen hat sich die Abteilung »Leichtbautechnologien« des Fraunhofer IPA im Bereich der Sägeverfahren zum Ziel gesetzt, Innovationen umzusetzen, die eine weitere Reduzierung von Zerspankräften, Geräuschemissionen, den Einsatz dünnerer Werkzeuge wie auch eine wirtschaftlichere Fertigung von Kreissägewerkzeugen ermöglichen. Der Schwerpunkt der Aktivitäten liegt in der Anwendung metallischer und Keramischer Werkstoffe. Aus der engen Vernetzung der Kompetenzen und der Zusammenarbeit mit dem Institut für Werkzeugmaschinen der Universität Stuttgart (IfW) im Themenfeld »Sägen« gründete sich das »Stuttgarter Kompetenzzentrum Sägen« (SKS). Aktuelle Trends und Forschungsergebnisse werden im Rahmen der "Stuttgarter Säge-Tage" präsentiert.

Universität Kassel, Fachgebiet "Trennende und Fügende Fertigungsverfahren" (tff), Kassel

Seit dem Jahr 2003 fokussiert man im Fachgebiet tff die Forschungsschwerpunkt der Zerspantechnik verstärkt auf die Sägetechnik, vorrangig auf die Bandsägetechnologie. Die Optimierung der Sägebänder hinsichtlich Verschleißminderung und Kraftentwicklung bilden den Kern der Forschungsaktivitäten. Neben Kenngrößen der Schneidengeometrie und Technologie werden Schneidstoffe und Beschichtungen variiert. Im Bereich der Schneidengeometrie wird in Makrogeometrie und Mikrogeometrie unterschieden. Die Makrogeometrie umfasst das Feld der Winkelvariationen an der Schneide, die Spanaufteilung und die Zahnform. Die Mikrogeometrie wird durch präparierte Schneidkantenarchitekturen beschrieben, oftmals in Form von Schneidkantenverrundungen. Technologieparametern gehören Variationen von Schnitt- und Vorschubgeschwindigkeiten, Zustellungen sowie Art und Menge der Kühlung/Schmierung über Minimalmengenschmierung bis hin zum Trockenschnitt an. Der Schwerpunkt der Schneidstoffbetrachtungen liegt auf Bimetall-, Diamant- und diversen Hartmetallbestückungen, welche je nach Anforderung mit verschleißarmen Beschichtungen veredelt werden.

Universität Stuttgart, Institut für Werkzeugmaschinen (IfW), Stuttgart

Einzelnachweise

  1. BG

BG M ETALL NORD SÜD 4440400

nützliche Links

http://www.ipa.fraunhofer.de/fileadmin/user_upload/Kompetenzen/Leichtbautechnologien/Saegetechnologien/Loesungen_fuer_die_Saegebranche.pdf

http://saegen-stuttgart.de/

http://hob-magazin.com/pdf/HOB_7_8_13_ungekuerzt_IfW.pdf

Weiterführende Informationen auf IndustryArena.com