Bandschleifen in der Industrie | Verfahren, Maschinen

Bandschleifen ist ein zentrales Verfahren der industriellen Oberflächenbearbeitung zum Schleifen, Entgraten, Satinieren, Polieren und Finishen metallischer Werkstücke. 

Das Bandschleifen hat seinen Ursprung in den USA. In den zwanziger Jahren kam diese, bis dahin neue Technologie, auch in Deutschland an. Zu Beginn wurde das Bandschleifen vornehmlich im Bereich der holzverarbeitenden Industrie zum Einsatz gebracht und später auch in den Unternehmen der Metallbearbeitung. Die Bandschleifmaschine gehört als unverzichtbares Produktionsmittel zu Betrieben der metallverarbeitenden Industrie und Bandschleifen hat sich als effektiver Prozess zur Bearbeitung von Oberflächen durchgesetzt.

Bandschleifen ist das ideale und wirtschaftliche Verfahren zum Entgraten und Anfasen, Verputzen, Kantenbrechen, Flächenschleifen, Schleifen von Radien, Abtrags Schleifen und Rundschleifen. 

Das Bandschleifen wird im englischen Sprachraum häufig auch als abrasive belt grinding bezeichnet. 

Bandschleifen ist heute ein unverzichtbares Verfahren in der industriellen Metallbearbeitung. Mit stationären Bandschleifmaschinen lassen sich Werkstücke aus Edelstahl, Stahl, Aluminium, Titan, Messing oder Kupfer wirtschaftlich bearbeiten. Typische Anwendungen sind das Entgraten, Schleifen, Satinieren, Polieren und Finishen technischer Oberflächen. Je nach Werkstückgeometrie kommen unterschiedliche Kontaktrollen, Schleifbandbreiten und Bandgeschwindigkeiten zum Einsatz. 

Das technische Prinzip einer Bandschleifmaschine besteht aus üblicherweise zwei oder drei Rollen. Ein endloses Schleifband wird über die Umlenkrolle und Kontaktscheibe gespannt.   

Beim Bandschleifen läuft das endlose Schleifband über Umlenkrollen und wird über eine Kontaktscheibe oder eine plane Auflage gegen das Werkstück gedrückt. Das mit Schleifkorn beschichtete Band trägt Material ab und erzeugt die gewünschte Oberfläche.

Durch die Auswahl des Schleifbandtyps, der Bandgeschwindigkeit, des Anpressdrucks und der Kontaktscheibe kann der Prozess an unterschiedliche Materialien und Oberflächenanforderungen angepasst werden.Der Antrieb erfolgt über einen Elektromotor. Bei einem Bandlauf mit zwei Rollen wird dann die Kontaktscheibe über Riemen mit dem Elektromotor verbunden. Bei einem Bandlauf mit drei Rollen (auch Dreiecksbandlauf genannt) treibt der Motor eine der drei Rollen, die Antriebsrolle, direkt an. Siehe folgende Beispiele:

Bandschleifverfahren können in drei Kategorien aufgeteilt werden:

1. Formbandschleifen (Freiformflächen wie z. B. Turbinenschaufeln, Armaturen, medizinische Instrumente, usw.)

2. Profilschleifen (Zahnräder, Schleifen von Besteck – Schleifen von Zinken bei Besteckgabeln)

3. Planbandschleifen

Ein weiteres Einsatzgebiet mit zunehmend wachsender Bedeutung ist die Finish-Bearbeitung von Oberflächen. Hier können durch die sinnvolle Kombination einer passenden Bandschleifmaschine und den entsprechenden Werkzeugen beachtliche Erfolge erzielt werden. Es ist stets auf den Einsatz von robusten, vibrationsarmen Bandschleifmaschinen zu achten, um perfekte Oberflächen ohne „Rattermarken“ zu erzeugen und um die Gesundheit des Werkers zu schonen.

Die Auswahl der korrekten Kontaktscheibe ist wichtig für einen wirtschaftlichen und effektiven Schleifprozess. 

Als grobe Faustregel kann man bezüglich der Härte folgendes Annehmen:

1. Bei Stahl = 40-45°, teilweise auch bis 65° Shore 

2. Bei Titan = 65° Shore

3. Bei Aluminium = 45° Shore, abhängig vom Werkstück häufig auch weicher (z. B. als Lammelenkontaktscheibe)

Dringend zu beachten beim Bandschleifen von Aluminium ist, dass die Maschine entsprechend ausgerüstet sein muss. So müssen alle Bauteile an einer stationären Bandschleifmaschine, welche in Verbindung mit dem Schleifband kommen können, aus nicht-funkenreißendem Material sein. Dies bedeutet die Spindelmuttern sind z. B. aus Messing gefertigt, die Bandschutzhaube aus Aluminium und Verschraubungen innerhalb der Haube bestehen ebenso aus Messing und sind somit nicht funkenreißend. 

Schleifbänder sind meist schräg miteinander verbundene (verklebte) Unterlagen auf welche das Schleifmittel, auch Schleifkorn genannt, aufgebracht wird. Schleifmittelunterlagen bestehen aus Gewebe, reißfestem Papier oder auch Film. 

Das Schleifmittel oder auch Korn, welches auf das Trägermaterial aufgebracht wird, trifft auf die Werkstückoberfläche und trägt Material ab (Schnittgeschwindigkeit vorausgesetzt). 

Die Körnung definiert die Wirksamkeit des Schleifmittels und hier gibt es abhängig von der Anwendung unterschiedlichste Schleifbandtypen und Körnungen von grob bis fein.

Üblicherweise werden Schleifbänder mit Körnungen von P36 bis P600 angeboten. Zum Erreichen von besonders feinen Oberflächen gibt es weiterhin Körnungen von P800, P1000 und sogar noch feiner. Die Körnung ist auf der Rückseite eines Schleifbandes vermerkt. 

Die in Europa übliche Bezeichnung der Körnung eines Schleifbandes richtet sich nach der genormten Körnungsreihe des Dachverbandes von Schleifmittelherstellern FEPA (Fédération Européenne des Fabricants de Produits Abrasifs). Die FEPA unterscheidet zwischen Körnungen für Papier (FEPA P), daher das P vor der Nennung der Korngrösse, und FEPA F für Schleifsteine. 

Eine niedrige Nummer entspricht einer groben Körnung für aggressiveren Materialabtrag; umso höher die Nummer umso feiner die Körnung und geringer der Materialabtrag. Ein grobes Band hinterlässt eine rauere Oberflächenstruktur und ein feines Band eine feinere Oberfläche.

Mit Körnungen von P24 bis P80 werden hohe Materialabträge erreicht.

Mit Körnungen von P80 bis P220 erreicht man mittlere Materialabträge.

Ab Körnungen zwischen P220 und P320 werden optisch „weichere“ Oberflächen erzeugt mit ansprechender Struktur.

Für höchste Ansprüche, oder wenn das Werkstück anschließend verchromt werden soll, kommen Körnungen von P400 bis P800 zum Einsatz.

Um die genwünschte Endqualität zu erreichen sind meist mehre Schritte notwendig, abhängig von der Ausgangsoberflächengüte des Werkstücks. Beispiel: Soll eine Edelstahl-Oberfläche mit einer Rauigkeit von Ra = 3,6 µm auf Ra = 0,8 gebracht werden, sind meist mehrere Arbeitsschritte notwendig, z. B. Vorschleifen mit P120, gefolgt von P180 oder P220 sowie Feinschleifen mit P400. Zu beachten ist, dass nicht zu große „Sprünge“ zwischen den Körnungen gemacht werden. Als grobe Regel kann man hier empfehlen nicht die doppelte Korngröße zu überspringen.

Achtung: In den USA definiert sich die Bezeichnung der Korngrösse eines Schleifmittels anders. Hier verhält es sich grob gesagt gegenteilig, d. h. umso niedriger die Nummer umso feiner die Körnung, hier entspricht z. B. ein A45 in etwa einem P400. Auch in Japan gibt es eine eigene Norm (JIS) für die Definition von Schleifmittelkörnungen. 

Bei Anfragen von Schleifmitteln bei ausländischen Herstellern empfiehlt es sich daher mit dem Hinweis „FEPA Pxxx“ anzufragen. So kann der Hersteller sein jeweiliges Äquivalent zum europäischen Standard heraussuchen und anbieten.

Die Körnung eines Schleifbandes besteht aus synthetischen Materialien wie Aluminiumoxid, Zirkonkorund, Siliciumcarbid oder einem keramischen Sinterkorund.

Das Schleifbandträgermaterial ist erhältlich in steiferen und flexibleren Varianten für Trocken- oder Nassschliff.

Beim manuellen Schleifen wird meist trocken geschliffen, jedoch ist hier auch eine Nassbearbeitung möglich.

Insbesondere beim Schleifen von Messern bietet der Einsatz von Kühlmittel einen guten Schutz vor Schleifbrand.

Der Nassschliff bietet verschiedene Vorteil, z.B.: Verlängert die Standzeit des Schleifbands, verhindert Staubentwicklung, erleichtert das Schleifen von Materialien wie Titan und reduziert die Temperatur des Werkstücks.

Beim Einsatz von Kühlmittel muss die Maschine entsprechend ausgelegt sein, d.h. in der Regel gibt es eine Auffangwanne welches das Kühlmittel auffängt und dann zu einem Filter leitet (z. B. einem Schwerkraftbandfilter). Im Filter wird die Flüssigkeit gefiltert und im Kreislauf weiter gepumpt. Das Kühlmittel besteht meist aus Wasser und einem Anteil Emulsion auf Mineralöl oder Synthetischer Basis. Besonders beim Bandschleifen von Titan ist das Arbeiten mit Kühlmittel von Vorteil.

Im Falle einer automatischen Bandschleifanlage gestaltet sich die Integration eines nassen Schleifprozesses einfacher, da die Maschine komplett gekapselt werden kann.

Hier zwei Beispiele einer manuellen und automatischen Bandschleifmachine mit Nassschliffeinrichtung:

Beim Bandschleifprozess gibt es 3 Prozessparameter:

1. Druck (P)

2. Schnittgeschwindigkeit (S1)

3. Vorschub (F)

Alle 3 müssen optimal auf das Werkstück, Material und das eingesetzte Schleifband abgestimmt werden, um einen wirtschaftlichen Prozess zu definieren.

In einem automatisierten Bandschleifprozess sind diese 3 Parameter leicht einstellbar und kontrollierbar. 

Bei einem manuellen Bandschleifprozess kann lediglich die Schnittgeschwindigkeit konstant eingestellt werden, während die Parameter Vorschub und Druck ständigen Veränderungen unterworfen sind, abhängig vom Können und der Erfahrung des jeweiligen Werkers.

Der Parameter Druck bzw. Anpressdruck bestimmt mit den Materialabtrag. Ein hoher Druck führt zu höherem Materialabtrag, aber auch zu einer höheren Hitzeentwicklung. Beim Schleifen von Messern ist hier z. B. Vorsicht geboten, da es rasch zu Schleifbrand kommen kann. Der notwendige Druck wird auch durch das jeweilige Schleifband mitbestimmt. Manche Schleifbänder benötigen mehr Druck, damit die Schleifkörner aufbrechen, frische Eingriffsecken entstehen und das Band die gewünschte Schnittleistung bringen kann.

Die Schnittgeschwindigkeit definiert sich über das zu schleifende Material sowie das eingesetzte Schleifband. Auch die Schnittgeschwindigkeit beeinflusst den Materialabtrag. Das Einstellen der richtigen Schnittgeschwindigkeit ist essentiell für das Erreichen des gewünschten Ergebnisses und die Maximierung der Standzeit des Schleifbandes.

Der Vorschub definiert mit welcher Geschwindigkeit ein Werkstück am Schleifband entlang geführt wird. Bei einem langsamen Vorschub wird mehr Material abgetragen und bei einem rascheren Vorschub weniger. Auch hier ist auf Schleifbrand zu achten und wie immer liegt das perfekte Ergebnis an der Erfahrung und dem Gefühl bzw. dem Können des Werkers.

Für kleinere Werkstücke und flexible Schleifarbeiten werden häufig Zwei-Rollen-Bandschleifmaschinen eingesetzt. Drei-Rollen-Systeme bieten Vorteile bei konstanten Schnittgeschwindigkeiten und wechselnden Kontaktscheibendurchmessern. Bei komplexen Geometrien oder höheren Anforderungen an Reproduzierbarkeit kommen automatische CNC Bandschleifmaschinen zum Einsatz. Die Auswahl der richtigen Bandschleifmaschine hängt dabei von Material, Werkstückgröße, Oberflächenanforderung und Stückzahl ab. 

• Schleifen von Turbinenschaufeln und Airfoils
• Entgraten von Gussteilen
• Schleifen und Satinieren von Edelstahl
• Polieren von Aluminium- und Titanbauteilen
• Schleifen chirurgischer Instrumente
• Kantenbrechen und Radius schleifen

Für industrielle Anwendungen kommen stationäre Bandschleifmaschinen wie die Modelle 72730, 72780 oder 7725 zum Einsatz.

Beim Bandschleifen reagieren verschiedene Materialien unterschiedlich auf Druck, Bandgeschwindigkeit und Schleifmittel. Edelstahl erfordert häufig präzise abgestimmte Schleifbandkörnungen für ein sauberes Finish. Titan benötigt wegen seiner Wärmeempfindlichkeit oft reduzierte Schnittgeschwindigkeiten oder Nassschliff. Aluminium verlangt funkenfreie Maschinenkomponenten sowie angepasste Kontaktscheiben, um Schmier- und Klebeeffekte zu vermeiden.