Schonend veredeln So profitieren Bauteiloberflächen vom Streamfinishen

Redakteur: Peter Königsreuther

In Bezug auf Größe, Geometrie, Material und Bearbeitungsaufgabe gibt es Tops und Flops bei Verfahren zur Nachbearbeitung . Otec vergleicht hier vier davon, anhand eines Zahnrades aus der Luftfahrt.

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Zur Nachbearbeitung von industriell gefertigten Bauteilen aus Metall existieren verschiedene Verfahren und Prozesse. Otec nimmt hier einen Vergleich vor, mit Schwerpunkt auf hochbelastete Zahnräder und auf das umweltfreundliche Verfahren Streamfinish.
Zur Nachbearbeitung von industriell gefertigten Bauteilen aus Metall existieren verschiedene Verfahren und Prozesse. Otec nimmt hier einen Vergleich vor, mit Schwerpunkt auf hochbelastete Zahnräder und auf das umweltfreundliche Verfahren Streamfinish.
(Bild: PWP / Otec)

Unter Berücksichtigung der Aspekte Gesundheit, Umwelt und Wirtschaftlichkeit, vergleicht Otec Präzisionsfinish im Rahmen dieses Beitrags vier am Markt etablierte Verfahren, am Beispiel der Bearbeitung eines Zahnrads aus er Luftfahrtindustrie. Die Anforderung ist klar, nur stellt sich jetzt noch die Frage nach dem Verfahren, mit dem man das maximale Ergebnis erreichen kann, sagt Otec.

Nicht jede Nachbearbeitung führt zum Ziel

Eine Möglichkeit ist das manuelle oder mechanische, sowie robotergeführte Glätten und Verrunden. Doch dabei ist nach Erkenntnis der Oberflächenspezialisten die Bearbeitungsqualität innerhalb des Werkzeug-Lebenszyklus nicht konstant. Denn durch die voranschreitende Abnutzung der dafür genutzten Schleifscheibe oder Bürste wird die Qualität des Oberflächenfinish im Laufe der Zeit immer schlechter. Und beim Bearbeiten von innenliegenden Geometrien liefern beide Methoden sehr ungleichmäßige Ergebnisse. Das liege daran, dass sich die Werkzeuge nur bedingt an das Bauteil anpassen könnten und die Positionierung in engen Geometrien schwierig bis ausgeschlossen sei. Bauteile mit sehr engen Toleranzvorgaben lassen diese Verfahren dann endgültig versagen, so Otec.

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Manches geht ganz gut, ist aber bedenklich

Nach dem heutigen Stand der Technik erfolgt die Bearbeitung oft im sogenannte Trogvibrator. Unterstützt wird dieser Prozess durch bestimmte, säurehaltige Flüssigkeiten, die die Nacharbeit verkürzen. Diese Prozessflüssigkeiten können unter anderem Mischungen aus Phosphatsalz, Phosphorsäure, Oxalsäure, Natriumoxalat, Sulfat, Natriumhydrogencarbonat, Chromat, Natriumchromat, Chromsäure und Schwefelsäure enthalten – hört sich schon ungesund an, ist es auch. Denn die meisten dieser Stoffe sind Gefahrgüter und es bedarf besonderer Schutzmaßnahmen beim Umgang damit, führt Otec weiter aus. Die Stoffe (Natrium)chromat und Chromsäure werden nach der REACH-Verordnung auch noch als besonders besorgniserregend eingestuft: krebserzeugend, erbgutverändernd, fortpflanzungsgefährdend (Natriumchromat). Sowohl Schwefelsäure, Oxalsäure und Phosphorsäure als auch die bereits erwähnten Substanzen Natriumchromat und Chromsäure sind ätzend und zum Teil als giftig.

Das Verfahren mit dem Trogvibrator erfülle zwar die Anforderungen in puncto Bearbeitungsergebnisse, aber die Prozessflüssigkeit ist in der Regel nur einmal einsetzbar und muss dann ausgetauscht werden. Es entstehen hohe Kosten für Beschaffung, Neutralisierung und Entsorgung, die die Wirtschaftlichkeit schmälern.

Auch das Finishen mit Elektrolyt-Granulat ist nicht ideal

Der Markt bietet auch sogenannte trockene Elektropolierverfahren zum Finishen von Metallwerkstücken, die nur einen Arbeitsgang benötigen. Sie funktionieren durch granuliertes Elektrolyt. Damit können auch innen liegende Geometrien erreicht werden. Je nach Kombination aus Granulat und Werkstückgeometrie kann sich der Elektrolyt jedoch im Werkstück verklemmen. merkt Otec an.

Ein großer Verfahrensnachteil sei auch noch, dass die durch formgebende Schleifprozesse bedingte Welligkeit im Elektropolierprozess unabwendbar seien - die Abtragsleistung ist einfach zu gering, erklärt Otec. Und das war noch nicht alles: Die durchschnittlichen Prozesszeiten werden mit zwischen 30 Minuten und mehreren Stunden angegeben. Prozessbedingt werden exponierte Stellen stärker bearbeitet. Nach einer vorgegebenen Nutzungsdauer muss das Elektrolyt Granulat ebenfalls als Sondermüll entsorgt und teuer neu beschafft werden.

Die effiziente und umweltschonendere Alternative heißt Streamfinishen

Eins vorweg – Streamfinish liefert vergleichbare Ergebnisse zum chemisch beschleunigten Gleitschleifen – aber es setzt dabei ausschließlich auf eine rein mechanische Bearbeitung und kommt deshalb ohne bedenkliche Fluide oder Elektrolyt-Granulat aus, was die Wirtschaftlichkeit einer Nachbearbeitung mit Blick auf die Entsorgung steigert.

Im von Otec entwickelten Streamfinish-Verfahren werden die Bauteile in einen Halter eingespannt und in einen sich drehenden Behälter getaucht, der mit Schleif- oder Poliermitteln gefüllt ist. Durch die Rotation und die dabei entstehende Relativbewegung zwischen Bauteil und Bearbeitungsmedium wird ein homogenes Ergebnis auch ohne manuelle Arbeit erzielt, wie Otec erklärt. An komplexen Geometrien erhielten so hochpräzise Oberflächen, mit Rauheiten bis zu Ra = 0,01 Mikrometer, betont das Unternehmen. Aufgrund der hohen Bearbeitungskräfte, kann gezielter und schneller abgetragen werden, als es bei jeder anderen Art der Oberflächenbearbeitung der Fall ist. Un feines Poliermedium erreiche auch innere Geometrien und bearbeitet diese einwandfrei. Geeignet ist Streamfinishen etwa für Bauteile mit komplexen Geometrien, einem Gewicht von maximal 200 Kilogramm und einem Durchmesser bis 650 Millimeter, wie zum Beispiel Turbinenscheiben, Turbinenschaufeln, Blisks, Servoventile oder Zahnräder für die Luftfahrt.

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