Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Glätten von Rauigkeitsspitzen erhöht den Traganteil funktioneller Oberflächen

11.06.2008
Um Reibung und Verschleiß tribologischer Bauteilpaarungen zu minimieren, haben REM Chemicals und Rösler Oberflächentechnik ein Verfahren zum Erzeugen sehr glatter Oberflächen entwickelt. Diese Gleitschlifftechnik trägt Rauigkeitsspitzen ab, ohne die Schmierungstäler einzuebnen. Das Ergebnis ist eine Oberfläche mit vielfach erhöhtem Traganteil, wie sie bei Präzisionsteilen gefordert wird.

Erhöhte Anforderungen an die Fertigungsqualität bei anhaltendem Kostendruck zwingen die Hersteller von Präzisionsteilen dazu, ständig innovativ zu sein. So gilt es im Motoren- und Getriebebau, den Traganteil von Bauteiloberflächen auf wirtschaftliche Weise zu erhöhen.

Dazu haben sich der US-amerikanische Oberflächenveredler REM Chemicals und die Rösler Oberflächentechnik GmbH, Untermerzbach, im Rahmen eines Entwicklungs- und Fertigungsprojekts zusammengetan. Das Ergebnis ist das Gleitschleif-Verfahren Isotropic Superfinish (ISF), für das Rösler in Zusammenarbeit mit REM die Anlagentechnik und Schleifkörper entwickelt und fertigt. REM ließ es sich weltweit patentieren.

Das Verfahren soll die Oberflächenbeschaffenheit von Zahnrädern verbessern und damit die Lebensdauer von Lagern in Getrieben verlängern. Dass es zwischen diesen Getriebeteilen einen Zusammenhang gibt, davon sind nicht nur die beiden Verfahrensanbieter überzeugt. Noch laufen wissenschaftliche Untersuchungen für die Beweisführung, jedoch geht man in der Praxis davon aus, dass die Rauigkeit einer Bauteiloberfläche Einfluss auf die Qualität und Lebensdauer des Gesamtprodukts hat.

... mehr zu:
»ISF-Verfahren »Werkstück

Grund dafür ist, dass konventionelle Glättverfahren wie Schleifen, Läppen oder Honen eine mehr oder weniger raue Oberfläche mit Spitzen erzeugen. Diese Spitzen können den für eine zuverlässige Schmierung erforderlichen und bei Hochleistungsbauteilen von 0,2 bis 0,5 µm dicken Ölfilm durchbrechen.

Rauigkeitsspitzen können Schäden verursachen

Dadurch entstehen zum Beispiel an den Zahnflanken von Zahnrädern Graufleckigkeit (Gray Staining) und Micro Pitting. Außerdem kann Reibung zum Abbrechen der Spitzen führen, falls es zur Bildung von Partikeln kommt, die als so genannte Chips durch das Lager „wandern“ und Schäden verursachen können.

Das ISF-Verfahren ermöglicht, die bei der Werkstückbearbeitung entstandenen Spitzen abzutragen. Dabei können die Werkstücke aus Kohlenstoffstahl- oder Hochlegierungsstahl, Edelstahl, Zink oder Titan gefertigt sein.

Das Abtragen der Spitzen erfolgt in einer Gleitschliffanlage mit nicht abrasiven Schleifkörpern. Dazu wird während des Prozesses eine dünne Oxidschicht auf der Werkstückoberfläche gebildet.

Saure Compounds erzeugen beim Gleitschleifen abzutragende Oxidschicht

Verantwortlich dafür sind flüssige, auf den Werkstoff abgestimmte REM-Compounds im pH-Bereich von 1,6 bis 5,5. Die Schleifkörper tragen diese Schicht von der Oberfläche ab.

Dabei werden Rauigkeitsspitzen laut Rösler nach und nach abgetragen. Vertiefungen – so genannte Täler – blieben erhalten. Sie dienen später als Schmierstoff-Reservoir.

Der Glättungsprozess wird mit jeweils frisch zudosiertem Compound so lange wiederholt, bis die gewünschte Oberflächenrauigkeit erreicht ist. So lassen sich Rauigkeitswerte von weniger als Ra = 0,02 µm oder Rz = 0,2 µm erzielen.

Gleitschleifen für schonende Bearbeitung empfindlicher Massenteile

Voraussetzung dafür ist ein sanfter Werkstückabtrag. Dazu wurde das Umwälzverhalten des Werkstück-Schleifkörper-Gemischs laut Rösler so optimiert, dass sich sogar sehr empfindliche Teile als Massenteile beschädigungsfrei bearbeiten lassen. Eine Kantenverrundung sei aufgrund der nicht abrasiven Schleifkörper ausgeschlossen.

Der Prozessablauf bei Raumtemperatur verhindere eine thermische Belastung und somit Veränderung des Werkstoffs. Außerdem findet keine Wasserstoffversprödung statt. Das hätten Tests mit unterschiedlichen Werkstoffen bewiesen.

Nach dem Glätten findet noch eine Werkstückreinigung statt, um einerseits die restliche Oxidschicht zu entfernen. Anderseits wird je nach Anforderung eine seidenmatte bis hochglänzende Oberfläche erzeugt.

Kalkulierbarer Zeit- und Materialaufwand für das Gleitschleifen

Die erforderliche Behandlungsdauer für die „Herstellung“ der Oberflächenqualität lässt sich anhand von Versuchsreihen ermitteln. Auch der Compoundverbrauch wird experimentell bestimmt. Beides macht das ISF-Verfahren nach Angaben von Rösler zu einer kalkulierbaren Größe im Fertigungsprozess, die meist für mehr Wirtschaftlichkeit und bessere Oberflächeneigenschaften sorgt.

So wird aufgrund extrem glatter Oberflächen der Traganteil deutlich erhöht. Möglich ist eine Steigerung um 90 bis 100%, gemessen in einer Tiefe von 0,4 µm – je nach Ausgangsrautiefe. Nach der Oberflächenbearbeitung wurde bei Zahnrädern eine Verlängerung der Lebensdauer etwa um den Faktor vier bis fünf registriert.

Außerdem erzeugt das ISF-Verfahren auf der Werkstückoberfläche eine isotrope Struktur, was die Schmierung verbessert. Dadurch werden Reibung und Verschleiß verringert. Das sei mit einer erheblichen Geräuschreduzierung und weniger thermischer Belastung verbunden.

Darüber hinaus wird auf den Vorteil einer absolut gleichmäßigen, geometrieunabhängigen Oberflächenbearbeitung verwiesen. Das ermöglicht laut Rösler die Umsetzung von Produktideen, bei denen es auf ein sehr exaktes Oberflächenfinish ankommt.

Als Beispiel dafür wird die Fertigung einer hoch effizient arbeitenden Triebwerksschaufel angeführt. Sie konnte mittels konventioneller Verfahren nicht hergestellt werden.

Rundvibratoren zur Erhöhung der Füllmenge um bis zu 50%

Das ISF-Verfahren ist zur Bearbeitung unterschiedlicher Werkstücke geeignet. Die Werkstückgröße reicht vom Streichholzkopf – bei Werkstücken, die weniger als 1 g wiegen – bis zu großen Zahnrädern mit bis zu 5000 kg Gewicht. Je nach den zu bearbeitenden Werkstücken werden die Anlagen ausgelegt.

Dabei setzt Rösler unter anderem auf Rundvibratoren mit doppelt eingezogenem Arbeitsbehälter. Im Vergleich zu Standardmaschinen ermöglichten sie eine Erhöhung der Werkstückfüllmenge um bis zu 50%. Bei gleicher Füllmenge und Behandlungsdauer führen die Anlagen zu einer besseren Oberflächenqualität.

Dabei falle sehr wenig Abwasser und Abfall an. Beides könne in den meisten Fällen in einer konventionellen Abwasserbehandlungsanlage aufbereitet werden.

Josef Kraus | MM MaschinenMarkt
Weitere Informationen:
http://www.maschinenmarkt.vogel.de/themenkanaele/produktion/oberflaechentechnik/articles/123903/

Weitere Berichte zu: ISF-Verfahren Werkstück

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Maschinenbau:

nachricht Luftturbulenzen durch Flugzeuge bald beherrschbar
08.12.2017 | Universität Rostock

nachricht Ein MRT für Forscher im Maschinenbau
23.11.2017 | Universität Rostock

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Maschinenbau >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Maschinelles Lernen im Quantenlabor

Auf dem Weg zum intelligenten Labor präsentieren Physiker der Universitäten Innsbruck und Wien ein lernfähiges Programm, das eigenständig Quantenexperimente entwirft. In ersten Versuchen hat das System selbständig experimentelle Techniken (wieder)entdeckt, die heute in modernen quantenoptischen Labors Standard sind. Dies zeigt, dass Maschinen in Zukunft auch eine kreativ unterstützende Rolle in der Forschung einnehmen könnten.

In unseren Taschen stecken Smartphones, auf den Straßen fahren intelligente Autos, Experimente im Forschungslabor aber werden immer noch ausschließlich von...

Im Focus: Artificial agent designs quantum experiments

On the way to an intelligent laboratory, physicists from Innsbruck and Vienna present an artificial agent that autonomously designs quantum experiments. In initial experiments, the system has independently (re)discovered experimental techniques that are nowadays standard in modern quantum optical laboratories. This shows how machines could play a more creative role in research in the future.

We carry smartphones in our pockets, the streets are dotted with semi-autonomous cars, but in the research laboratory experiments are still being designed by...

Im Focus: Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

• Prototypen-Test im Lufthansa FlyingLab
• LYRA Connect ist eine von drei ausgewählten Innovationen
• Bessere Kommunikation zwischen Kabinencrew und Passagieren

Die Zukunft des Fliegens beginnt jetzt: Mehrere Monate haben die Finalisten des Mode- und Technologiewettbewerbs „Telekom Fashion Fusion & Lufthansa FlyingLab“...

Im Focus: Ein Atom dünn: Physiker messen erstmals mechanische Eigenschaften zweidimensionaler Materialien

Die dünnsten heute herstellbaren Materialien haben eine Dicke von einem Atom. Sie zeigen völlig neue Eigenschaften und sind zweidimensional – bisher bekannte Materialien sind dreidimensional aufgebaut. Um sie herstellen und handhaben zu können, liegen sie bislang als Film auf dreidimensionalen Materialien auf. Erstmals ist es Physikern der Universität des Saarlandes um Uwe Hartmann jetzt mit Forschern vom Leibniz-Institut für Neue Materialien gelungen, die mechanischen Eigenschaften von freitragenden Membranen atomar dünner Materialien zu charakterisieren. Die Messungen erfolgten mit dem Rastertunnelmikroskop an Graphen. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Forscher im Fachmagazin Nanoscale.

Zweidimensionale Materialien sind erst seit wenigen Jahren bekannt. Die Wissenschaftler André Geim und Konstantin Novoselov erhielten im Jahr 2010 den...

Im Focus: Forscher entschlüsseln zentrales Reaktionsprinzip von Metalloenzymen

Sogenannte vorverspannte Zustände beschleunigen auch photochemische Reaktionen

Was ermöglicht den schnellen Transfer von Elektronen, beispielsweise in der Photosynthese? Ein interdisziplinäres Forscherteam hat die Funktionsweise wichtiger...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Kongress Meditation und Wissenschaft

19.01.2018 | Veranstaltungen

LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

18.01.2018 | Veranstaltungen

6. Technologie- und Anwendungsdialog am 18. Januar 2018 an der TH Wildau: „Intelligente Logistik“

18.01.2018 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rittal vereinbart mit dem Betriebsrat von RWG Sozialplan - Zukunftsorientierter Dialog führt zur Einigkeit

19.01.2018 | Unternehmensmeldung

Open Science auf offener See

19.01.2018 | Geowissenschaften

Original bleibt Original - Neues Produktschutzverfahren für KFZ-Kennzeichenschilder

19.01.2018 | Informationstechnologie