Schleifmaschine

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Schleifmaschinen sind handgeführte oder automatisierte Maschinen, die beim Bearbeiten von Werkstoffen wie Holz, Metall, Kunststoff und Stein zum Einsatz kommen. Mit Schleifmaschinen können die Oberflächen der Werkstoffe unter anderem geglättet, poliert und von unerwünschten Beschichtungen wie Lacken oder Rost befreit werden. Eine weitere Anwendung besteht im Trennen von Werkstücken.

Die Schleifmaschinen sind für ihren jeweiligen Verwendungszweck mit einem geeigneten Schleifwerkzeug, zum Beispiel Schleifpapier oder Schleifscheiben, ausgestattet. Je nach Modell lassen sich mit den Maschinen sehr grobe bis filigrane Arbeiten ausführen.

Schleifen ist ein spanendes Verfahren mit geometrisch unbestimmter Schneide. Die Schnittbewegung wird durch Rotation des zylindrischen Werkzeuges ausgeführt. Dieser Schnittbewegung sind auf der Werkstückseite oder Werkzeugseite ein oder mehrere Vorschubbewegungen überlagert. Die Zustellungsbewegung kann im Werkstück oder im Werkzeug liegen.

Die Differenzierung in die Schleifverfahren erfolgt zum einen über die Art der Kontaktfläche am Werkzeug. Hier unterscheidet man zwischen Umfangsschleifen und Seitenschleifen. Zum anderen erfolgt die Unterscheidung entsprechend der relativen Richtung der Schnittbewegung zur Hauptvorschubrichtung (Gleichlauf-, Gegenlauf- oder Pendelschleifen).

Arten von Schleifmaschinen

Winkelschleifer

Winkelschleifer sind handgeführte Maschinen, die auf den ein- oder beidhändigen Gebrauch ausgelegt sind und vor allem in der Metallbearbeitung zum Einsatz kommen. Sie bestehen aus einem stabilen Korpus, der zum Führen einer rotierenden Schleifscheibe genutzt wird. Diese wird von einem elektrischen Winkelgetriebe angetrieben, das dem Gerät zu seinem Namen verholfen hat. Weitere Bezeichnungen lauten „Flex“ oder Trennschleifer.

Mit ihrer rotierenden Scheibe eignen sich Winkelschleifer sowohl zum Bearbeiten, Polieren und Glätten von Oberflächen als auch zum Trennen von Werkstücken. Dank der vorab geführten rotierenden Scheibe können auch schwer zugängliche Bereiche gut erreicht werden. Aus diesem Grund werden Winkelschleifer regelmäßig bei der Personenrettung oder im Schienenbau eingesetzt. Da bei den entsprechenden Einsätzen in der Regel eine Abhängigkeit vom Stromnetz unerwünscht ist, stehen für diese Zwecke Modelle mit Benzinmotoren zur Verfügung. Bei diesen ersetzt ein Keilriemen das Winkelgetriebe.

Je nach Einsatzzweck stehen verschiedene Schleifwerkzeuge zur Verfügung:

  • Trennscheiben bestehen je nach Werkstoff beispielsweise aus Siliciumcarbid (Stein) und Edelkorund (Metall).
  • Edelkorund kommt auch bei Schruppscheiben zum Einsatz, die zum Säubern von Schweißnähten verwendet werden können.
  • Schleifscheiben eignen sich zum Entrosten von Metallen oder Glätten von Holzoberflächen.

Schwingschleifer

Ein Schwingschleifer besteht aus einem Korpus mit Haltegriff, an dessen Unterseite eine exzentrisch aufgehängte Schwungplatte angebracht ist. Auf dieser wird üblicherweise mithilfe eines Bügels ein Schleifpapier mit geeigneter Körnung befestigt. Für den Betrieb wird die Schwungplatte in eine rotierende Bewegung versetzt und über Werkstücke aus Glas, Hart- oder Weichholz, Metall oder Kunststoff geführt. Zum Vermeiden kreisförmiger Riefen müssen Schwingschleifer gleichmäßig geführt werden.

Zusätzlich zu den Modellen mit einer rechteckigen Schwungplatte gibt es sogenannte Delta- und Exzenterschleifer. Deltaschleifer besitzen eine dreieckige Schwungplatte, mit der sich auch schwierige Flächen wie Ecken gut bearbeiten lassen. Exzenterschleifer sind mit einer rotierenden runden Schleifscheibe ausgestattet, die parallel zur Arbeitsfläche geführt wird und sich sowohl zur Materialabtragung als auch für feinere Schleifarbeiten eignet.

Bandschleifmaschinen und Bandschleifer

Stationäre Bandschleifmaschinen eignen sich ebenso wie die handgeführten Bandschleifer hervorragend für das grobe Bearbeiten großer ebener Flächen und rotationssymmetrischer Bauteile aus Holz, Metall oder Kunststoff. Die funktionelle Einheit besteht im Wesentlichen aus zwei Rollen, mit deren Hilfe ein endloses Schleifband über eine Metallplatte oder eine andere ebene Unterlage geführt wird. Die Enden des Schleifpapiers sind üblicherweise miteinander verklebt und zur Stabilisierung auf einer textilen Unterlage aufgebracht.

Bei den stationären Bandschleifmaschinen befindet sich die funktionelle Einheit an der Oberseite, sodass das Werkstück darüber geführt werden muss. Bei den mobilen Bandschleifern befindet sich die funktionelle Einheit an der Unterseite und wird mithilfe des Gerätegriffs über das Werkstück geführt. Mit beiden Modellen lassen sich schnell und unkompliziert Oberflächen abtragen, wobei vor allem bei der Bearbeitung von Holz rasch Fortschritte erzielt werden können. Im Weiteren eignen sich Bandschleifer für vorbereitende Schleifarbeiten, während für den Feinschliff auf andere Geräte oder auch manuelles Schleifen ausgewichen werden sollte.

In der Industrie kommen diverse Bauarten von Bandschleifmaschinen zum Einsatz:

  • Breitbandschleifmaschinen mit Bandbreiten von bis zu 2000 Millimetern werden unter anderem bei der Herstellung von Vollholzplatten in definierter Dicke oder zum Feinschleifen von Plattenwerkstoffen genutzt.
  • Die in der Höhe und Laufrichtung variabel einstellbaren Langbandschleifmaschinen werden vor allem zur Bearbeitung von Metalloberflächen genutzt, während entsprechende Arbeiten an Holzoberflächen zunehmend mit Breitbandschleifmaschinen ausgeführt werden.
  • Mit Kantenschleifmaschinen lassen sich sowohl gerade, geschweifte als auch schräge Kanten bearbeiten.

Steinschleifmaschinen und Steinhandschleifer

Steinschleifmaschinen werden von Steinmetzen genutzt, um Natursteine zu schleifen und zu polieren. Sie werden grundsätzlich mit Wasserkühlung betrieben und häufig mit Fräsmaschinen kombiniert, um eine größere Variabilität beim Bearbeiten der Steine zu ermöglichen. Steinhandschleifer arbeiten grundsätzlich wie Winkelschleifer, allerdings mit verminderter Drehzahl. Sie erreichen in der Regel nicht mehr als 5000 Umdrehungen pro Minute, wodurch in Kombination mit Wasserzugabe das Entstehen übermäßiger Reibungswärme verhindert wird. Für die Bearbeitung verschiedener Steinarten stehen diverse Werkzeuge wie Schleifscheiben, Schruppscheiben, Schleifteller zur Verfügung.

Tellerschleifmaschinen und Tellerschleifer

Stationäre Tellerschleifmaschinen sind häufig in Kombination mit Bandschleifern zu finden. Mit ihnen lassen sich zuverlässig Farb- und Lackreste von Oberflächen entfernen. Ihre funktionelle Einheit besteht im Wesentlichen aus einer senkrecht stehenden, schnell rotierenden Schleifscheibe. Für die Bearbeitung der Werkstücke wird die flache Seite der Scheibe genutzt, die in der Regel zur Hälfte von einem Werktisch verdeckt wird und häufig verstellbar ist. Die Randseite der Schleifscheibe verschwindet bei den meisten Modellen im Gerätegehäuse.

Bei handgeführten Tellerschleifern befindet sich die Schleifscheibe an einem stabilen und mit einem Griff versehenden Korpus. Mit diesem wird die Maschine über den Werkstoff geführt, wobei zur besseren Handhabung ein zusätzlicher Griff genutzt werden kann, der knapp über der Scheibe angebracht wird. Tellerhandschleifer eignen sich aufgrund der flachen, schnell rotierenden Scheibe bestens zum Bearbeiten schwer zugänglicher Stellen wie Ecken, Kanten und Winkel. Sie können außerdem im Trockenbau oder zum Bearbeiten von Deckenflächen genutzt werden.

Rundschleifmaschinen

Mit Rundschleifmaschinen werden hauptsächlich rotationssymmetrische metallische Werkstücke geschliffen, deren Bearbeitung mit einer Drehmaschine nicht oder nur unter erschwerten Bedingungen möglich ist. Der kompakte Korpus trägt als funktionelle Einheit eine Werkzeugspindel zum Drehen des Werkstücks und eine Schleifspindel mit einer Schleifscheibe für dessen Bearbeitung.

Grundsätzlich muss zwischen der Außenrundbearbeitung und der Innenrundbearbeitung unterschieden werden. Zum Bearbeiten der inneren Konturen, also beispielsweise von Bohrungen, werden Innenrundschleifmaschinen eingesetzt, während die äußeren Konturen der kegel- oder zylinderförmigen Werkstücke mit Außenrundschleifmaschinen bearbeitet werden. Letztere verfügen in der Regel noch zusätzlich über einen Reitstock, der zum Abstützen von langen Werkstücken genutzt werden kann. Häufig kommen universal-Rundschleifmaschinen unterschiedlicher Baugrößen zum Einsatz. Hierdurch können eine Außenrundbearbeitung, eine Planbearbeitung und eine Innenrundbearbeitung in einer Maschine und ggf. in einer Aufspannung erfolgen.

Rundschleifmaschinen werden heute nur noch selten von Menschen geführt, sondern üblicherweise per Computer gesteuert. Der Grund hierfür begründet sich mit der enormen Effizienzsteigerung, da sich selbst komplexe Arbeitsprozesse flexibel umsetzen lassen.

Flachschleifmaschinen oder Planschleifmaschinen

Flachschleifmaschinen und Planschleifmaschinen werden zur Feinbearbeitung von Planflächen eingesetzt. Je nach Werkstückspektrum ist die Maschine mit einem Langtisch oder einem Rundtisch ausgestattet. Die Schleifspindel ist in der Regel waagerecht angeordnet. Die Zuordnung der Zustellbewegungen auf der Werkzeugseite oder der Werkstückseite kann je nach Maschinenkonzeption variieren.

Um ein hauptzeitparalleles Rüsten zu ermöglichen, kann eine Flachschleifmaschine mit einem Schwenktisch ausgestattet sein. Um Planflächen komplexer Werkstückgeometrien zu bearbeiten, können zusätzliche Rundachsen oder Schwenkachsen realisiert sein. Hierdurch können neben Planflächen in einer beliebigen Raumlage auch komplexe Profile geschliffen werden. Dies ist bei Linearbewegungen auch mit entsprechend profilierten Schleifscheiben möglich.

Um planparallele Werkstücke herstellen zu können, kommen Doppel-Plan-Seitenschleifmaschinen zum Einsatz. Die Werkstückzufuhr und -abfuhr in den Schleifspalt erfolgt durch einen Werkstückträger. Die Werkstücke werden automatisiert zugeführt und in den Werkstückträger platziert. Diese Maschinen kommen bei großen Stückzahlen zum Einsatz.

Spitzenlosschleifmaschinen

Beim spitzenlosen Rundschleifen werden die Werkstück nicht zwischen zwei Zentrierspitzen sondern frei zwischen einer Auflageschiene und einer Regelscheibe gehalten. Hierbei drückt die Schleifscheibe das Werkstück gegen die Regelscheibe, die einzeln angetrieben ist. Bedingt durch die Reibung zwischen Werkstück und Regelscheibe stellt sich die gleiche Umfangsgeschwindigkeit ein. Die Schleifscheibe hat demgegenüber eine höhere Umfangsgeschwindigkeit. Diese Relativgeschwindigkeit bewirkt die Schnittbewegung. Bei diesem Schleifmaschinentyp unterscheidet man zwischen dem Durchgangsschleifen und dem Einstechschleifen.

Werkzeugschleifmaschinen

Werkzeugschleifmaschinen werden bei der Herstellung und Aufbereitung von Werkzeugen für die spanende Bearbeitung (Bohren, Drehen, Fräsen, Sägen etc.) eingesetzt. In der Regel stellen die zu bearbeitenden Werkzeuge komplexe Geometrien dar. Um diese bearbeiten zu können, verfügen Werkzeugschleifmaschinen über 5 gekoppelte NC-Achsen. Die Maschinen besitzen eine hohe Steifigkeit, um die Genauigkeitsanforderungen der Werkzeugbearbeitung realisieren zu können. Aufgrund dieser Eigenschaften (Genauigkeit und Mehrachsigkeit) werden diese Maschinen auch in anderen Anwendungsgebieten wie der Medizintechnik (Implantatherstellung) eingesetzt.

Kurbelwellenschleifmaschinen und Nockenwellenschleifmaschinen

Im Fall von Nockenwellenschleifmaschinen oder Kurbelwellenschleifmaschinen handelt es sich um Sondermaschinen bzw. Einzweckmaschinen. Das Grundkonzept entspricht einer Außenrundschleifmaschine. Alle Vorschubbewegungen liegen auf der Werkzeugseite. Die Bearbeitung erfolgt mittels Einstechschleifen. Die Vorschubbewegung in der X-Achse ist hierbei mit der Rotation des Werkstücks gekoppelt. Die X-Achse weißt eine hohe Dynamik auf.

Funktionsweise von Schleifmaschinen

Winkelschleifer

Die Leistung eines Winkelschleifers hängt von der Drehzahl der Scheibe und dementsprechend von dem Drehmoment des Motors ab. Die Scheiben erreichen je nach Größe Drehzahlen im Bereich von 12.000 U/min bis 13.000 U/min. Für einen gleichmäßigen Schnitt muss diese Zahl auch bei außergewöhnlichen Belastungen konstant gehalten werden. Zu diesem Zweck sind die meisten modernen Geräte mit einer eingebauten Drehzahlregelung ausgestattet.

Schwingschleifer

Bei einem Schwingschleifer wird Schleifpapier je nach Modell über eine rechteckige, dreieckige oder runde Schwungplatte geführt. Diese wird aufgrund ihrer exzentrischen Aufhängung in eine kreisförmige Bewegung versetzt, mit der das Schleifpapier über das Werkstück geführt wird. Bei der runden Schwungplatte des Exzenterschleifers kann die Leistung durch eine getriebegeführte Rotation optimiert werden.

Bandschleifmaschinen und Bandschleifer

Bei einer Bandschleifmaschine wird das endlose Schleifband über eine Antriebsrolle angetrieben und über eine Umlenkrolle weitergeführt. Zwischen den Rollen gleitet das Band über eine Metallplatte, sodass Bandschleifer wenig flexibel auf Unebenheiten im Untergrund reagieren: Überstehendes wird abgetragen, während Vertiefungen unbehandelt bleiben.

Rundschleifmaschinen

Bei Rundschleifmaschinen wird die Schnittbewegung mit der Schleifscheibe ausgeführt, während der Schleifschlitten für die Zustellbewegung zuständig ist und der Vorschub durch den Längstisch erzeugt wird. Um die im Verhältnis zur Außenrundschleifmaschine größere Kontaktlänge zwischen Werkstück und Schleifscheibe auszugleichen, haben Innenrundschleifmaschinen kleinere Schleifkörperbreiten und Zustellungen.

Abrichtsysteme

Abrichtbare Schleifscheiben (Korund, Siliciumcarbid) verschleißen im Bearbeitungsprozess und verlieren dabei ihre definierte geometrische Form. Durch den Abrichtvorgang wird sowohl die Form der Schleifscheibe (Makrogeometrie) als auch die Schleifscheibentopographie bzw. Schneidfähigkeit (Mikrogeometrie) erzeugt. Mit Blick auf das Werkstück stellt die Makrogeometrie der Schleifscheibe die Maßhaltigkeit und die Formgenauigkeit sicher während die Mikrogeometrie die Oberflächenrauheit beeinflusst. Hinsichtlich der eingesetzten Abrichtwerkzeuge wird zwischen stehenden Abrichtern oder rotierenden Abrichtern unterschieden.

Der Abrichtvorgang kann zyklisch in die Bearbeitungsfolge eingegliedert werden oder kontinuierlich erfolgen. Hierzu ist das Abrichtwerkzeug immer im Kontakt mit der Schleifscheibe. Ansonsten muss die Abrichtstation im Arbeitsraum der Maschine in Intervallen angefahren werden.

Nicht abrichtbare Schleifscheiben (z.B. galvanisch gebundene Diamantscheiben) werden nur geschärft. In erster Linie wird hierbei das Bindemittel zurückgesetzt.

Abrichtertypen: Vielkornabrichter, Formrolle, Profilrolle, Diamantfliese, Einkorndiamant

Sicherheit im Umgang mit Schleifmaschinen

Bei der Arbeit mit Schleifmaschinen entsteht grundsätzlich Abrieb, der über die Luft in die Atemwege und Schleimhäute gelangen kann. Viele moderne Geräte verfügen aus diesem Grund über eine automatische Absaugvorrichtung, die das Freisetzen der beim Schleifen anfallenden Stäube verhindert. Sollte diese fehlen, müssen beim Schleifen in jedem Fall eine Atemschutzmaske und eine Schutzbrille getragen werden. Bei Geräten mit einer hohen Geräuschemission muss zusätzlich ein Gehörschutz getragen werden. Sollten beim Betrieb große Mengen Wärme und gegebenenfalls auch glühende Späne erzeugt werden, müssen entsprechende Schutzmaßnahmen getroffen werden. Dazu gehören unter anderem schwer entflammbare Kleidung und die Wahl eines Arbeitsplatzes, der keine Möglichkeit zur Brandnestbildung bietet, also frei von Hohlräumen und Spalten ist. Bei neueren Geräten werden wärme- oder hitzeempfindliche Werkstoffe mithilfe eines elektronischen Drehzahlreglers vor Schäden durch Reibungswärme geschützt.

Geschichte der Schleifmaschinen

Die ersten Schleifmaschinen wurden bereits im Altertum entwickelt, um mithilfe der Schleifvorgänge etwa Oberflächen zu glätten oder Klingen zu schärfen. In der damaligen Zeit wurden die Schleifsteine entweder mit den Händen oder den Füßen angetrieben. Später kam die Nutzung der Wasserkraft hinzu. Diese Antriebsvariante wurde während des Mittelalters über viele Jahrhunderte in dem für seine hochwertigen Klingen bekannten Solingen genutzt. Ein Wechsel kam mit der Entwicklung der Dampfmaschinen auf, die den Betrieb deutlich vereinfachten. Im Laufe der Industrialisierung fand schließlich eine rasante Weiterentwicklung der Schleifmaschinen statt, die zu den heute bekannten mit Druckluft oder elektrischer Energie betriebenen Geräten führte.

Hersteller von Schleifmaschinen

Bekannte Hersteller von Schleifmaschinen sind unter anderem Anca, Bosch, Buderus, Danobat, Diskus, Dolmar, Edertal Elektromotoren, Einhell, ELB-Schliff, Geibel&Hotz, Haas Schleifmaschinen, Haller Hawema, Heinz Berger Maschinenfabrik, Junker, Makita, Mannesmann, Mägerle, MFK Maschinenbau, Moore Tool Company, Okamoto, Overbeck, Reinhard Krückemeyer, Scheppach, Schütte, Seelbach International, Studer, Tschudin, United Grinding, Vollmer, Waldrich Siegen, Walter, Ziersch.

Technische Regeln und Normen

DIN EN ISO 28927 (Normenreihe); Handgehaltene motorbetriebene Maschinen – Messverfahren zur Ermittlung der Schwingungsemission. Beuth Verlag: Berlin.

DIN ISO 603 (Normenreihe); Schleifkörper aus gebundenem Schleifmittel – Maße. Beuth Verlag: Berlin.

VDI 3413 (Technische Regel); Bandschleifen in der Holzbearbeitung; April 2011. Beuth Verlag: Berlin.

Forschung zu Schleifmaschinen

RWTH Aachen, Laboratorium für Werkzeugmaschinen und Betriebslehre (WZL), Aachen

Projekt zum Thema "Simulation und Optimierung des dynamischen Verhaltens von Spitzenlosschleifprozessen"

Technische Universität Dortmund, Institut für Spanende Fertigung (ISF)

Projekt zum Thema Innenrundschleifen: "Modellierungen und Simulation der Belastungen beim Innenrundschälschleifen – von mikrothermischen Wirkmechanismen zum Prozessmodell"

Universität Kaiserslautern, Lehrstuhl für Strömungsmechanik und Strömungsmaschinen, Kaiserslautern

Projekt zum Thema "Entwicklung einer Schleifscheibe für das Hochleistungsschleifen mit einer strömungsmechanisch ausgelegten, internen Kühlschmierstoff-Zufuhr"

Nützliche Links

https://www.vdi.de/richtlinie/vdi_3398-spitzenlosschleifen/

http://www.dguv.de/ifa/forschung/projektverzeichnis/bia_6061.jsp

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