Intelligentes Trennschleifwerkzeug

Natursteine werden aufgrund ihrer vielfältigen Eigenschaften und ihrer Ästhetik als Baumaterialien z. B. für Fußböden, Treppenstufen und Fassadenverkleidungen verwendet. Für das Zerteilen des Natursteins in einzelne Platten haben sich Trennschleifscheiben aufgrund ihrer Eigenschaften durchgesetzt. Bei der Herstellung von Platten und Fliesen entstehen Zerspanungsraten von mehr als 60 %, die zu einem Verlust von Rohmaterial sowie zu hohen Werkzeug- und Energieaufwänden führen. Durch eine Reduzierung der Schnittfugenbreite bei Einhaltung der geforderten Bearbeitungsqualität können diese Aufwände reduziert und die Wirtschaftlichkeit des Trennschleifprozesses gesteigert werden. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Trennschleifprozess-Regelkreis für dünne Trennschleifscheiben, mit dem Ziel der Steigerung der Prozesssicherheit, untersucht. Die eingesetzte Trennschleifscheibe ist um 40 % schmaler als industrieübliche Scheiben. Für die Realisierung des Regelkreises wurde ein Überwachungssystem entwickelt, das die eingriffsnahe Messung der auftretenden axialen Beschleunigung der Trennschleifscheibe während des Trennschleifprozesses ermöglicht. Als Sensoren werden piezoelektrische Elemente verwendet. Auf Grundlage von Trennschleifuntersuchungen wird ein Trennschleifprozess-Regelkreis entwickelt und untersucht. Der Regelkreis variiert die Vorschubgeschwindigkeit in Abhängigkeit der axialen Werkzeugschwingung. Durch den entwickelten Regelkreis werden weitere Erkenntnisse über das Schwingungsverhalten einer Trennschleifscheibe während eines Prozesses gewonnen und Ansätze zur Steigerung der Bearbeitungsqualität dünner Trennschleifscheiben durch eine Prozessregelung aufgezeigt.

Trennschleifen, Naturstein, Prozessüberwachung, Prozessregelung

Dünne Trennschleifscheiben helfen bei der Effizienzsteigerung in der Platten- und Fliesenproduktion aus Naturstein. Die reduzierte Steifigkeit der Scheiben kann allerdings zu einer erhöhten Biegung des Werkzeugs führen und die Schnittqualität mindern. Dies kann durch höhere Schnittgeschwindigkeiten kompensiert werden. Bisher muss ein solcher Eingriff von einem Anwender überwacht werden. Aus ergonomischen und ökonomischen Gründen ist dies keine Option für die Industrie. Bis jetzt existiert kein System, das die Vibrationen nahe der Quelle während des Schneidprozesses überwachen kann. Vor diesem Hintergrund wurde ein solches System entwickelt. Auf Basis der Integration von piezoelektrischen Elementen im Schleifwerkzeug können Vibrationen direkt an der Quelle gemessen werden. Dies stellt eine hohe Genauigkeit des Messprozesses sicher. Die gemessenen Daten werden kabellos an einen Computer übermittelt, der die Ergebnisse evaluiert. Schneidtests zeigen, dass das sensorintegrierte Werkzeug in der Lage ist, die Werkzeugvibrationen während des Schleifprozesses aufzuzeichnen. Diese Arbeit beschreibt das sensorintegrierte Trennschleifwerkzeug und zeigt die Ergebnisse von Schneidtests.

Trennschleifen, Messtechnik, Schnittqualität

Für die Herstellung von Platten und Fliesen aus Naturstein ist das Trennschleifen mit kreisförmigen Werkzeugen mit Bezug auf die konkurrierenden Zielgrößen Schnittbreite, Bearbeitungsqualität und Schleifleistung im Vergleich zu den Seil- und Gattersägen von vorrangiger Bedeutung. Zur ökonomischen und ökologischen Verbesserung von Trennschleifprozessen existieren zahlreiche Ansätze wie z.B. die Reduzierung der Stammblattdicke, Erhöhung des Zeitspanvolumens durch Tiefschleifen. Diese Ansätze stoßen aufgrund von Schnittverlauf, dem Ausweichen des Werkzeugs aus der Schnittebene, an ihre Grenzen. Durch die Kenntnis des Werkzeugverhaltens im Prozess kann eine wirtschaftliche Verbesserung des Trennschleifprozesses erfolgen. Diese Informationen können mithilfe eines Werkzeugüberwachungssystems während des Prozesses gewonnen werden. Im folgenden Beitrag wird ein Ansatz zur Überwachung von Trennschleifblättern im Prozess beschrieben.

Trennschleifen, Trennschleifprozessen, Tiefschleifen, Schnittverlauf

Das Trennschleifen mit dünnen Diamantwerkzeugen ist ein verbreitetes Verfahren für die Herstellung von plattenförmigen Bauteilen, wie z. B. Fliesen, aus Hartgestein. Hartgesteine sind aufgrund ihrer Materialeigenschaften als Baumaterialien geeignet. Sie werden u. a. zur Verkleidung von Gebäuden und als dauerhaftes Material für den Innenausbau verwendet. Neben der Gewinnung von Granit-Rohblöcken in Steinbrüchen liegt vor allem die spanende Fertigung im Zentrum der Wertschöpfung. Allein für das Trennschleifen, das in der Praxis häufig als Kreissägen bezeichnet wird, werden 67 % der Herstellkosten gebunden. Grund für diesen sehr hohen Kostenanteil sind Zerspanungsraten, das Verhältnis Zerspanvolumen zu Plattenvolumen von mehr als 60 %, die zu einem Verlust von Rohmaterial sowie hohen Werkzeug- und Energieaufwänden führen.

Trennschleifen, Zerspanungsraten, Zerspanvolumen