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Tyrolit/Schütte Raus aus dem Teufelskreis: nur noch ein Drittel Schleifzeit

Autor / Redakteur: Karl-Heinz Gies* / Peter Reinhardt

Hersteller künstlicher Kniegelenke stecken häufig in einem Teufelskreis. Bei steigendem Kostendruck müssen sie immer bessere Oberflächen schwierig zu bearbeitender Materialien in kürzerer Zeit liefern. Gemeinsam ist es dem Schleifwerkzeughersteller Tyrolit und dem Schleifmaschinenhersteller Schütte gelungen, diesen konträren Teufelskreis zu durchbrechen und die Schleifzeiten um zwei Drittel zu senken.

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Große Spanräume nehmen den Materialabtrag auf und transportieren ihn ab, ohne dass zusätzlicher Schleifdruck oder gar Spänestau entstehen kann. Das verbessert die Oberflächengüte beim Schleifen künstlicher Kniegelenke.
Große Spanräume nehmen den Materialabtrag auf und transportieren ihn ab, ohne dass zusätzlicher Schleifdruck oder gar Spänestau entstehen kann. Das verbessert die Oberflächengüte beim Schleifen künstlicher Kniegelenke.
(Bild: Tyrolit)
  • Gebündelte Kompetenz der Anwendungstechnik
  • Sensationeller Produktivitätssprung
  • Von 12:00 auf 4:30 min Schleifzeit

Gelungen ist dies durch ein Bündel an Maßnahmen im Zusammenspiel der Anwendungstechniker von Schütte und Tyrolit. Basis bildet die Schleifmaschine Schütte 325 linear, die vor allem durch Dynamik und Vielseitigkeit glänzt. Beispielsweise kann auf dieser Maschine sowohl geschliffen als auch gefräst werden. Auch Bandschleifoperationen und das Polieren sind möglich. Dadurch können Werkstücke weitgehend komplett gefertigt werden, ohne umzuspannen. Das erhöht einerseits die Genauigkeit und senkt andererseits die Gesamtfertigungszeit, weil Arbeitsgänge auf weiteren Maschinen obsolet werden. Integriertes Abrichten tut sein Übriges für die wirtschaftliche Fertigung. Die hohe Umkehrdynamik dieser Maschine prädestiniert diese Maschinen für hoch präzise Anwendungen in der Medizintechnik. Hinzu kommt die Möglichkeit mit Palettensystemen zu arbeiten, auf die ein oder mehrere Werkstücke gespannt werden können, was Wechselzeiten deutlich reduziert.

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Weiterentwicklung von Trägerkörper und Schleifbelag macht den Unterschied

Über die Maschine hinaus zeichnet eine neu entwickelte Schleifscheibe von Tyrolit maßgeblich verantwortlich für den Erfolg bei einem Hersteller künstlicher Kniegelenke. Dafür wurden Trägerkörper und Schleifbelag der Schleifscheibe in Kombination weiterentwickelt. Wie bei vielen anderen Schleifscheiben auch, bietet Tyrolit den Trägerkörper von Schleifscheiben aus verschiedenen Materialien an. Entsprechend seinen jeweiligen Anforderungen und Maschinenbedingungen kann der Kunde zwischen Stahl, Aluminium und Karbon wählen. Im Fokus stehen dabei Bearbeitungsparameter, wie die geforderte Umdrehungszahl der Maschinenspindel, aber auch die Gesamtkosten im Verlaufe der Serienfertigung. Im vorliegenden Fall wurde ein Trägerkörper aus einer hochfesten, aber leichten Aluminiumlegierung gewählt. Die Scheibe ist gewuchtet und bedarf zum Feinwuchten an der Maschine nur wenig Aufwand. Zudem bietet die Trägerscheibe aus Aluminium bessere Dämpfungseigenschaften als solche aus Stahl. Im vorliegenden Fall ist die Version aus Aluminium auch 65 Prozent leichter, was nicht zuletzt auch der gewünschten Dynamik entgegenkommt.

Am Außenumfang auf die Trägerscheibe aufgesetzt befindet sich der aktive Schleifbelag, der in diesem Fall aus einer Vielzahl von speziell geformten Segmenten besteht. Die Segmente sind sowohl mit dem Trägerkörper als auch mit dem jeweils benachbarten Segment fest verklebt und bilden so einen sicheren, geschlossenen Verbund. Die Zusammensetzung des Schleifbelags selbst ist aus der Schleifscheibenserie Genis 2 von Tyrolit abgeleitet, die sich bereits bei vielen anderen Anwendungen, zum Beispiel in der Automobilindustrie, bewährt hat. Der Schleifbelag aus keramisch gebundenem CBN zeichnet sich vor allem durch einen hohen Schleifabtrag bei zugleich sehr kühlem Schliff aus. Beides Eigenschaften, die beim Schleifen von Knieprothesen aus Chrom-Kobalt-Verbindungen sehr willkommen sind. Sind doch die zu bearbeitenden Flächen relativ groß und die Anforderungen an die Oberflächen sehr hoch. Die keramische Bindung hält das gut schneidende Schleifkorn aus CBN auch bei hohen Schnittgeschwindigkeiten fest im Belag, sorgt zugleich aber auch für ausreichende Zwischenräume, die das Kühlmittel zur Einsatzstelle bringen und die Späne vom Werkstück abtransportieren, sodass man von kühlem Schliff sprechen kann, ohne dass Schleifbrand entsteht.

Einzigartiges Tragprofil der Schleifscheibe

Aber nicht allein der Schleifbelag ist dafür verantwortlich, dass diese Schleifscheibe mit hohen Schnittgeschwindigkeiten bis zu 125 m/s eingesetzt werden kann. Vielmehr weist der Trägerkörper dieser Schleifscheibe 1FF1 am Übergang zu den Schleifsegmenten ein einzigartiges Profil auf, das für eine sehr große Kontaktfläche zwischen Träger und Schleifbelag sorgt. Der Schleifbelag hat ein Bodenprofil, das von den Außenseiten zur Mitte hin ansteigt und genau dem Gegenprofil des Trägerkörpers entspricht. Dank dieser Konstruktion vergrößert sich zum einen die Kontaktfläche, was die Übertragung deutlich höherer Kräfte zulässt als bei bislang üblichen Schleifscheiben. Zum anderen reicht der aktive Schleifbelag an den Seiten deutlich weiter herab als bei sonst gebräuchlichen Schleifscheiben. Damit kann das neue Schleifwerkzeug von Tyrolit über die gesamte Belagshöhe von 20 mm voll genutzt werden. Ein kostensparender Vorteil für alle Anwender, der diese Schleifscheibe laut Tyrolit deutlich von denen der Wettbewerber abhebt. Denn das spare vorzeitige Werkzeugwechsel, also Kosten, und erhöht so die Produktivität. Zudem kann diese Schleifscheibe nach Verschleiß auch wieder neu belegt werden.

Optimaler Kompromiss zwischen Vorschub, Schleifdruck, thermischer und dynamischer Belastung

Fazit: Die enge Zusammenarbeit der Anwendungstechniker des Maschinenherstellers Schütte und der Medizintechnik-Spezialisten von Tyrolit hat einen wahren Durchbruch bei den Schleifzeiten von Kniegelenken möglich gemacht. Für die Bearbeitung von Kobalt-Chrom-Guss (ISO 5832-4) haben beide Seiten gemeinsam den Prozess analysiert und die jeweils optimalen Möglichkeiten ausgelotet, um den besten Kompromiss zwischen Vorschub, Schleifdruck, thermischer und dynamischer Belastung zu finden. Schließlich konnte mit der beschriebenen neuen Schleifscheibe 1FF1 bei einer Umfangsgeschwindigkeit von 95 m/s und einem Vorschub von 10 m/min erreicht werden, dass der Schleifprozess jetzt nur noch 4:30 statt ursprünglich 12:00 Minuten dauert – also nur noch ein Drittel der vorherigen Schleifzeit. Dass Tyrolit in seinem Programm auch entsprechend optimierte Diamant-Abrichtwerkzeuge sowie elastische Schleifscheiben zum Polieren anbietet, die sich dem Formdruck des Werkstückes und Schleifdruck anpassen, rundet die Erfolgsstory ab.

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* Karl-Heinz Gies, Stuttgart, ist Unternehmensberater für ‎Maschinenbau und Betriebstechnik.

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