Mit der neuen Bandfinish-Technologie lassen sich heute reproduzierbar Oberflächen fertigen, die über eine hervorragende Feinheit und Homogenität verfügen. Die fein strukturierten Oberflächen mit einem hohen Traganteil bringen dem hergestellten Produkt Wettbewerbsvorteile und führen zudem in der Produktion zu Zeiteinsparungen. Da die Anforderungen an Maschinen und Komponenten immer grösser werden, steigen auch die Anforderungen an die Lager- und Passstellen.

Damit wächst auch die Forderung nach genau definierten und strukturierten Oberflächen, die zudem kostengünstig und prozesssicher herstellbar sein müssen. Die Lagerstellen dürfen also nicht mehr einfach feingeschliffen oder gedreht sein.

Forderung der Hightech-Industrie ans Bandfinishen

Wer denkt heute noch daran, am Morgen den Automotor nach dem Starten noch unbelastet laufen zu lassen, bis der Öldruck aufgebaut ist? Durch die strukturierten Oberflächen wird das Lager dank der Kapillarwirkung auch im Stillstand mit Öl versorgt. Im gleichen Schritt wurde der Traganteil der Oberflächen erhöht. Durch diese Massnahme liessen sich die Betriebssicherheit und die Lebensdauer der mechanischen Komponenten im Auto erheblich erhöhen.

Aber nicht nur in der Maschinenindustrie sind die Anforderungen gestiegen. Auch die Druckindustrie verlangt nach definierten Oberflächen, um eine genaue Farbverteilung sicherstellen zu können. In der Dichtungsindustrie ruft man schon lange nach fein strukturierten Oberflächen mit einem grossen Traganteil oder nach drall freien Dichtflächen. Die Folienhersteller verlangen Oberflächen bis zum Spiegelschliff, und die Walzenindustrie möchte selbst keramisch beschichtete Walzen mit Diamant-Finishbänder kostengünstig auf den geforderten Oberflächenwert bringen. Zudem wird die Forderung nach leiseren, leichteren und dauerhafteren Maschinen und Komponenten immer stärker.

Aus all diesen Feststellungen wird klar, dass das Bandfinishen immer mehr an Bedeutung gewinnt. Um die an das Finishen gestellten Anforderungen prozesssicher zu erreichen, muss man mit immer gleichen Schnittbedingungen arbeiten. An die Vorbearbeitung lassen sich aus Kostengründen keine höheren Bedingungen stellen.

Der Markt verlangt aber nicht nur ein neues Werkzeug, sondern eine komplette Anwendung, die ohne lange Versuchsphase das gewünschte Ergebnis bringt.

Das Bandfinishen, auch «Superfinishen» oder Kurzhubhonen genannt, wurde ursprünglich für die Oberflächen Feinst Bearbeitung von Video- und Audio-Übertragungsköpfen entwickelt. Aber erst mit der Entwicklung von besonders dünnen und flexiblen Feinst Schleifmitteln eröffnete sich der wirtschaftliche Zugang zu immer neuen Anwendungen. So hat vor allem die präzise Kornselektion dem wirtschaftlichen Einsatz von Schleiffolien den entscheidenden Vorteil für die Prozesssicherheit gegeben. Mit einem speziellen Kalibriersystem werden heute die Schleifkörner nicht mehr nur auf Dicke und Masse sortiert, sondern sehr genau auf die Dicke, Länge und Breite. Dank dieser exakten Kornselektion lassen sich auch reproduzierbare Oberflächenwerte erzielen.

Bild 1a: Mischkorn nach herkömmlichen Selektionsverfahren: Spitzenhöhen nicht definiert

Beim Bandfinishen kommt eine hochgenaue 0,075 mm dicke PET-Folie zum Einsatz, die vorzugsweise mit Aluminiumoxid (Al203), Diamant (C), Siliziumkarbid (SiC) oder kubischem Bornitrid (CBN) beschichtet ist. Die Schichtdicke des Schleifmittels hängt primär von der Grösse der Körnung ab; je feiner die Körnung ist, desto dünner ist die Beschichtung (Bild 1b).

Bild 1b) Bei den Produkten von techno-finish sind alle Körner auf Nenngrösse kalibrierte, definierte Oberflächen. 

Wie funktioniert das Bandfinishen?

Durch das spezielle Bearbeitungsverfahren und den damit verbundenen gesteuerten kontinuierlichen Vorschub des Finishing-Filmes gelangt stets neues Schleifmaterial zum Einsatz. Dies stellt einen gleichbleibenden und reproduzierbaren Bearbeitungseingriff sicher und gewährleistet daher ein konstantes Finishing-Resultat. Beim Finishen mit Kontaktrolle rotiert das Werkstück mit 100 m/min. Mit der auf gummierten Kontaktrolle (65° Shore), über die das Finishband läuft und die mit einem Hub von 3 mm oszilliert, wird gegen das rotierende Werkstück gedrückt (Bild 2).

Bild 2: Schematisch Darstellung des Finishen mit Kontaktrolle

Der dabei entstehende Abtrag wird mit filtriertem Kühlschmierstoff weggespült, womit eine saubere Oberfläche garantiert ist. Das Band wird oben abgerollt und kontinuierlich über die Kontaktrolle gezogen; das verbrauchte Band wird unten wieder aufgewickelt. Der Bandvorschub ist stufenlos von 30 bis 80 mm/min einstellbar. Die entsprechenden Bandtypen und Korngrössen sind je nach Rauheit der vorbearbeiteten Oberfläche sowie der zu erreichenden Oberfläche auszuwählen.

Für einfache und Serienteile wird vor allem das Centerless-Verfahren eingesetzt. Damit ist schnell und kostengünstig ein hoher Automatisierungsgrad erreichbar. Mögliche Einsatzgebiete für das Bandfinish-System sind:

• OEM-Zulieferbetriebe (Automotive): Ventile, Kurbelwellen, Nockenwellen
• Automobil- und Fahrzeughersteller: Lenkstangen, Stossdämpfer
• Getriebebauer: Gleitlager, Antriebswellen
• Maschinenindustrie: Hydraulik- und Pneumatik Komponenten, Dichtring-Laufflächen, Lagerringe, Führungselemente
• Galvanikindustrie: Walzen, Kolbenstangen
• Walzenschleifereien: Walzen aus Stahl, Guss, Chrom, Kupfer, Keramik, Gummi
• Papierfabriken: Kalanderwalzen
• Druckindustrie: Druckwalzen
• Präzisionsindustrie: Uhrenteile • Elektronikindustrie: Glasfaser-Steckverbindungen
• Folien- und Filmindustrie: Transportwalzen
• Textilindustrie: Meshwalzen • Werkzeugbau: Auswerfstifte, Hartmetallformen
• Röhrenwerke: Kalibrierrollen

Vorteile des Verfahrens

Mit dem Bandfinishen, dem üblicherweise letzten spanabhebenden Verfahren in der Bearbeitungskette, lassen sich im Wesentlichen die Oberflächenstrukturen der Bauteile verbessern (Bild 3).

Bild 3: Mit dem Bandfinish-System lassen sich die Oberflächenstrukturen der Bauteile verbessern.

Bei der Vorbearbeitung durch Hartdrehen oder Schleifen entsteht eine verhältnismässig raue Werkstückoberfläche. Wegen des kontinuierlichen und durch die Oszillation sinusförmigen Schleifeinsatzes der Körner werden die Spitzen dieser aufgerauten Struktur abgetragen. Der Traganteil wird um einiges erhöht und die Oberflächenrauigkeit verbessert. Die bearbeiteten Oberflächen erhalten eine Plateaustruktur mit sich kreuzenden, definierten Riefen, die für eine optimale Passgenauigkeit verschiedener Komponenten sorgt. Die Riefen nehmen das Schmiermittel auf und verbessern somit die tribologischen Eigenschaften des Bauteiles. Werden zwei nach dem beschriebenen Verfahren bearbeitete Oberflächen in Kontakt gebracht, tritt wesentlich weniger Reibung auf als bei herkömmlichen Bauteilpaarungen.

Das Hartdrehen erfuhr in den letzten Jahren einen gewaltigen Entwicklungsschub. Mit hochgenauen und stabilen Drehmaschinen sowie hoch entwickelten Werkzeugen lässt sich daher der teure Schleifprozess bei vielen Dreh teilen eliminieren. Da aber gedrehte Flächen für Dicht- und Gleitringe sowie Lagerstellen schlecht sind, kann man mit dem Bandfinish-System kostengünstig und prozesssicher feine, strukturierte Oberflächen mit einem hohen Traganteil erzeugen. (siehe Tabelle) Die in Bild 4 dargestellte harte Welle (64 HRC) wurde mit drei verschiedenen Bearbeitungsmethoden gefertigt.

Bild 4: Mit dem bandfinish-System lassen sich die Oberflächenstrukturen der Bauteile verbessern

Die geschliffene Fläche (links) hat folgende Werte: Ra 0,4 (N5), Rz 2,2, Traganteil 56%. Der mittlere Teil wurde hart gedreht: Ra 1,4 (N7), Rz 6,1, Traganteil 51%. Das Segment rechts wurde zuerst ebenfalls hart gedreht und danach mit einem gestreuten Band (Korngrösse 15 mm) gefinisht. Nach einer Bearbeitungszeit von 20 s erreichte man einen Oberflächenwert Ra von 0,08, Rz von 0,73 und einen Traganteil von 78%. Um den Traganteil noch zu erhöhen, wurde in einem zweiten Schritt die gefinishte Fläche mit einem geschlämmten Band (Korngrösse 12 µm) während 7 s bearbeitet. Dabei liessen sich die Oberflächenwerte auf Ra 0,05 und Rz 0,36 verbessern.

Bei diesem Arbeitsschritt werden nur noch die Spitzen abgetragen. Dabei entsteht ein Plateau ähnliche Oberfläche mit strukturierten Riefen, die für den Transport des Ölfilmes kapillar wirken. Der Traganteil bei einer solchen Oberfläche liegt bei 86%.

Auch für Grosslager geeignet

Seit neustem werden auch grosse Tonnen- oder Kegelrollenlager mit dem Bandfinishen fertig bearbeitet. Mit einem Spezialkopf und sehr flexiblem Finishband lassen sich nun auch die geschliffenen Laufflächen der Lager bandfinishen. Durch das Bandfinish-System werden die radialen Schleifspuren mit einem Kreuzschliff durchbrochen, womit der Schmierfilm besser erhalten bleibt. Durch die Erhöhung des Traganteiles sowie durch die Verringerung der Kurzwelligkeit beim Bandfinishen kann zudem der Rollwiderstand und der Geräuschpegel gesenkt werden. Da man bei der Produktion auf den zeitaufwendigen Feinstschliff verzichten kann, ergeben sich neben der Qualitätssteigerung sogar noch Zeiteinsparungen.