Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Branchenübergreifende Entwicklung und Untersuchung einer wärmearmen Fügetechnologie für schnelldrehende scheibenförmige Werkzeuge zur Holz- und Kunststoffbearbeitung

Schnelldrehende Werkzeuge sind sowohl in der Industrie als auch im Handwerk bedeutender Teil der Wertschöpfungskette. Damit gehen extreme Anforderungen nach einer Produktivitätssteigerung einher. Durch die Neu- und Weiterentwicklung von Schneidstoffen stoßen das Löten und Schweißen zunehmend an ihre Grenzen.

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Umsetzung eines weltweit völlig neuen klebetechnologischen Ansatzes für schnelldrehende, scheibenförmige Werkzeuge, erstmalig unter Berücksichtigung praxisrelevanter Betriebsbedingungen. Durch die ganzheitliche Betrachtung des Fertigungsprozesses profitieren von den angestrebten Ergebnissen branchenübergreifend Unternehmen entlang der gesamten Prozesskette.

Im Vorhaben werden zu Beginn die mechanischen und thermischen Randbedingungen des Kreissägeprozesses ermittelt und daraufhin die Geometriepaarung Schneidsegment und Grundkörper klebgerecht optimiert. Darauf aufbauend werden eine systematische Klebstoffauswahl sowie die Analyse der zugehörigen Prozesstechnik durchgeführt. Anschließend werden Proben hergestellt, die einer statischen und dynamischen Validierung unterzogen werden. Abschließend wird ein Demonstrator zum automatisierten Verkleben der Komponenten konzipiert. Zur Sicherstellung der Praxisrelevanz werden neben den Kosten stets auch die die fertigungstechnischen Restriktionen in die Überlegungen einbezogen. Dazu zählen auch Untersuchungen zum Ablösen stumpfer Segmente zur anschließenden Wiederbestückung der benutzten Stammblätter.

Für die Klebstoffhersteller wird ein neues Anwendungsfeld geschaffen und die Automatisierungstechniker erweitern ihr Portfolio um Klebeautomaten sowie die entsprechende Verfahrenstechnik. Die Hersteller von Schneidstoffen können innovative Schneidstoffe auch bei Kreissägewerkzeugen einsetzen. Die Werkzeughersteller können den Kunden zielorientiertere Produkte anbieten, die den Endanwendern eine optimierte Fertigung ihrer Produkte durch innovative Werkzeuge ermöglichen.

Ergebniszusammenfassung:

Mit dem durchgeführten Forschungsvorhaben wurde der Stand der Technik und Forschung zur Herstellung und Validierung geklebter Verbundkreissägeblätter erweitert. Bereits früher durchgeführte Vorhaben verfolgten oftmals den Ansatz, dass eine Lötverbindung direkt durch eine Klebung ersetzt werden kann. Die ungenügende Festigkeit wurde dabei zumeist auf den Klebstoff zurückgeführt. Über die Jahre haben sich die Klebstoffe jedoch weiterentwickelt und dringen in höhere Festigkeiten und Temperaturbeständigkeiten vor. Dennoch sind sie nicht mit dem metallischen Lot vergleichbar und bilden nur deutlich geringere Festigkeiten aus, gerade unter thermischem Einfluss.

Im Rahmen dieses Vorhabens wurden neben der Untersuchung potenzieller Klebstoffe auch die Oberflächenbehandlung, die klebgerechte Auslegung der Fügestelle auf Basis einer Anforderungsanalyse sowie die Automatisierung für eine spätere industrielle Fertigung betrachtet. Diese Anwendungsorientierung führte dazu, dass neue Werkzeugkonzepte als Grundlage für die Hersteller erarbeitet werden konnten sowie die Auswahl neuer Klebstoffe erfolgreich geschliffene und im Sägeversuch eingesetzte Verbundkreissägeblätter hervorbringen konnte. Je nach Anwendungsfall, Werkzeugabmessungen und Schnittparametern können mit dem geschaffenen Wissen neuartige Werkzeuge gestaltet werden.

Im Vorhaben konnte gezeigt werden, dass geklebte Zähne eine ausreichende statische Festigkeit erreichen und es konnten vollständig geklebte Demonstratorwerkzeuge hergestellt werden, an denen die Festigkeit der geklebten Fügestelle auch dynamisch validiert werden konnte. Zudem konnte die Einsatzfähigkeit der Werkzeuge in Sägeversuchen bestätigt werden.

Eine automatisierte Fertigung ist neben der Wirtschaftlichkeit das entscheidende Kriterium für eine reproduzierbare Verklebung. Eine einfache Adaption bekannter Lötautomaten ist jedoch nur beim klassischen Zahnsitz möglich. Abweichende Geometrien bedürfen der Neuentwicklung der Zuführung.