Heesemann Simulationsverfahren optimiert Verrundungsergebnisse

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Wenn die kinematischen Daten einer Maschine bekannt sind, lassen sich Intensität und Gleichmäßigkeit der Verrundung detailliert vorhersagen. Daraus ergibt sich ein großes Potenzial bei der Entwicklung neuer Schleif- aggregate für die Verrundung und Entgratung.

Vor 25 Jahren, als die Entgratung und Kantenverrundung mit Hilfe industrieller Schleifmaschinen noch in den Kinderschuhen steckte, wurden Kanten meist mit zwei gegenläufigen Drahtbürsten entschärft. Die Werkstücke liefen möglichst diagonal durch die Maschine, damit zumindest bei rechteckigen Teilen alle Außenkanten bearbeitet wurden. Die kurze Zeit später entstandenen Lamellenwalzen und Tellerbürsten überzeugten zwar in Bezug auf den Materialabtrag, verrundeten aber ebenfalls nicht an allen Kanten gleichmäßig.

Das Problem ist in beiden Fällen gleich: An den Stellen, an denen die Bürste auf das Werkstück aufläuft, findet eine intensive Verrundung statt – dort wo sie abläuft nicht. Im Fall von Maschinen mit Rotor-Systemen greifen die Bürsten im Außenbereich der Arbeitsbreite mehr an den Ein- und Auslaufkanten an, in der Mitte der Arbeitsbreite bearbeiten die Bürsten vor allem die Längskanten. Ähnliches gilt für Maschinen mit Tellerbürsten, unabhängig von der Anordnung oder ob die Bürsten oszillieren: Kein Hersteller konnte bislang ein Aggregat entwickeln, das alle Kanten eines Werkstücks gleichmäßig und intensiv in nur einem Arbeitsschritt verrundet.

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Kinematische Simulation statt physischer Tests

Der westfälische Schleifmaschinenhersteller Heesemann hat sich mit diesem Ziel vor Augen für eine neue Herangehensweise entschieden. Anstatt über physische Versuche nach dem Trial-and-Error-Prinzip, näherte man sich hier dem Problem über einen wissenschaftlichen Ansatz: Sind kinematische Eigenschaften von Maschine und Werkzeug bekannt, lässt sich die Verrundung mathematisch simulieren und somit präzise prognostizieren. Dazu wurde innerhalb nur eines Jahres eine Software entwickelt, die den Bewegungsablauf jedes beliebigen Aggregates auswerten kann. Dieses Programm sollte dabei helfen, die Kinematik so zu optimieren, dass eine hundertprozentige Gleichmäßigkeit entsteht. Die Software mit dem Namen „Kinematiq“ simuliert, unter Berücksichtigung der kinematischen Eigenschaften, die Verrundungsleistung für jeden Quadratmillimeter der Bearbeitungsfläche. Aus Häufigkeit, Richtung und Geschwindigkeit, mit denen das Werkzeug auf die Kanten aufläuft, ergibt sich die exakte Bearbeitungsintensität für jeden dieser Berechnungspunkte.

Durch stetige Anpassung der Parameter war es mit Kinematiq letztlich möglich, die Eigenschaften so zu definieren, dass alle Kanten der simulierten Werkstücke gleichmäßig und intensiv in nur einem Durchlauf verrundet werden.

Abtragsradius für jeden Millimeter vorausberechnen

Die Ergebnisse wurden dann in der Praxis zur Anwendung gebracht. Das hauseigene Tellerbürstenaggregat RUT wurde so umgestaltet, dass es die kinematischen Voraussetzungen erfüllt, die sich in den Simulationen als optimal herausgestellt hatten. Als Testobjekte wurden 200 x 200 mm große Musterwerkstücke definiert, die in der Mitte eine 100 mm Bohrung haben. Wenn die Berechnungen stimmten, dann sollte sich die vollständig gleichmäßige Verrundung nicht nur an den vier geraden Außenkanten, sondern vor allem auch an der kreisrunden Innenkante in der Mitte zeigen.

Und tatsächlich: Die optimierte Kinematik des RUT-Aggregats führt zu einer absolut gleichmäßigen Verrundung an allen Außen- und Innenkanten. Darüber hinaus ergeben sich noch zwei weitere positive Aspekte. Zum einen lässt sich die hohe Abtragsleistung bei deutlich schnellerem Vorschub erzielen als zuvor, zum anderen werden die Werkzeuge absolut gleichmäßig abgenutzt. Das spart nicht nur Zeit im Arbeitsprozess selbst, sondern minimiert auch Ausfallzeiten für den Werkzeugwechsel.

Intensive und gleichmäßige Verrundung in kürzerer Zeit

„Intensivere und gleichmäßige Verrundung bei schnelleren Vorschubgeschwindigkeiten: Die Entwicklung von Kinematiq hat geholfen, unsere Aggregate in nahezu jederlei Hinsicht besser zu machen“, Heesemann-Geschäftsführer Christoph Giese die Ergebnisse zusammen. Darüber hinaus birgt Kinematiq aber noch mehr Potenziale. „Wir haben den Vorteil, dass wir in der Berechnung variieren und Aggregate miteinander vergleichen, aber auch den Effekt von unterschiedlichen Geschwindigkeiten bei einem Aggregat nachvollziehen können“, beschreibt der bei Heesemann zuständige EDV-Spezialist Wolfgang Hartmann die weiteren Vorteile des von ihm mitentwickelten Verfahrens.

Auf dieser Grundlage werden aktuell sämtliche Heesemann-Aggregate optimiert. Vor allem aber bei der Neuentwicklung zukünftiger Technologien sieht der westfälische Schleifmaschinenhersteller eine große Chance. „In kürzerer Zeit noch intensiver und vollkommen gleichmäßig verrunden zu können ist ein Argument, das für die meisten unserer Kunden größte Relevanz hat“, sagt Giese.

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