Bessere Oberfläche erhöht Lebensdauer der Teile

Noch laufen die wissenschaftlichen Untersuchungen, die den Beweis erbringen sollen, dass es einen Zusammenhang zwischen der Beschaffenheit einer Zahnradoberfläche und der Lebensdauer von Lagern im Getriebe gibt. In einigen Industriebereichen – etwa dem Fahrzeugbau, der Luft- und Raumfahrt, der Lagerindustrie der Medizintechnik oder im Motorsport – geht man jedoch zwischenzeitlich davon aus, dass die Rauigkeit einer Bauteiloberfläche Einfluss auf die Qualität und Lebensdauer des Produktes hat. Der Grund: Nahezu alle eingesetzten Verfahren zum Glätten wie Fräsen, Schleifen, Läppen oder Honen erzeugen eine mehr oder weniger raue Oberfläche mit Spitzen. Diese Spitzen können den für eine zuverlässige Schmierung erforderlichen Ölfilm durchbrechen. Außerdem kann die im Betrieb entstehende Reibung zum Abbrechen der Spitzen führen, wodurch kleine Absplitterungen entstehen, die durch das Lager wandern und Schäden verursachen können.

Das Isotropic-Superfinish-Verfahren (ISF) trägt die beim Bearbeiten von Werkstücken aus Kohlenstoff- und Hochlegierungsstählen, Edelstahl oder Titan entstandenen Spitzen von der Oberfläche ab. Der Prozess läuft in einer Gleitschliffanlage ab, die von der Untermerzbacher Rösler GmbH für das ISF-Verfahren ausgelegt wurde, mit speziell entwickelten, nicht abrasiven Schleifkörpern. Während des chemisch beschleunigten Gleitschleifens bildet sich durch flüssige, auf den Werkstoff abgestimmte spezielle REM-Compounds im pH-Bereich zwischen 1,6 und 5,5 auf der Bauteiloberfläche eine dünne Oxidschicht. Die Schleifkörper, die durch die Bewegung der Maschine in Aktion gebracht werden, tragen diese Schicht und damit die Rauigkeitsspitzen nach und nach ab. Tiefere Regionen, die Täler auf der Werkstückoberfläche, bleiben erhalten und dienen als Schmierstoff-Reservoir. Diese Behandlung wird mit jeweils frisch zudosiertem Compound so lange wiederholt bis die gewünschte Oberflächengüte erreicht ist. Rauigkeitswerte unter Ra = 0,02 µm beziehungsweise Rz = 0,2 µm sind möglich.

An die Schleifverfahren schließt sich ein Reinigungsprozess in der Gleitschliffanlage an, für den ein weiterer Compound in die Anlage dosiert wird. Dieser entfernt einerseits die Oxidschicht von den Teilen, andererseits stellt er eine entsprechend den Anforderungen seidenmatte bis hochglänzende Werkstückoberfläche her. Der Materialabtrag erfolgt sanft, so dass sowohl sehr empfindliche Einzelteile als auch Massenteile beschädigungsfrei bearbeitet werden können. Eine Kantenverrundung entsteht – wenn überhaupt – nur in geringem Maß. Da das Isotropic Superfinishing bei Raumtemperatur durchgeführt wird, kommt es zu keiner Veränderung der Werkstückbeschaffenheit und auch eine Wasserstoffversprödung des Werkstoffes findet nicht statt. Die erforderliche Behandlungszeit lässt sich durch Versuchsreihen exakt ermitteln, ebenso der Verbrauch an Compound.

Nach dem Isotropic Superfinishing weisen die Werkstücke extrem glatte Oberflächen auf, wodurch sich der Traganteil deutlich erhöht – möglich ist eine Steigerung auf 90 bis 100 %. Leistung und Wirkungsgrad des Bauteils können dadurch so signifikant gesteigert werden, dass sich kleinere Getriebe beziehungsweise größere Motoren realisieren lassen – und das mit einer deutlich verlängerten Lebensdauer. Bei mit dem ISF-Verfahren behandelten Zahnrädern wurde festgestellt, dass sich die Lebensdauer etwa um den Faktor vier bis fünf erhöht. Darüber hinaus erzeugt das Verfahren laut Anbieter auf der Werkstückoberfläche eine isotrope Struktur, die die Schmierung erheblich verbessert sowie Reibung, Verschleiß und Abnutzung verringert. Damit verbunden ist auch eine erhebliche Geräuschreduzierung und die im Betrieb entstehenden Temperaturen sinken deutlich. Als weiteren Vorteil des Verfahrens gibt Rösler die absolut gleichmäßige, geometrieunabhängige Bearbeitung der Oberfläche an. Eine auf die zu behandelnden Bauteile ausgelegte Anlagentechnik sorgt für maximale Effizienz. So bietet Rösler beispielsweise Spezial-Rundvibratoren mit doppelt eingezogenem Arbeitsbehälter an. Deren gegenüber den Standardmaschinen noch gleichmäßigere Arbeitsbewegung ermöglicht eine Erhöhung der Werkstückfüllmenge um bis zu 50 % – oder bei gleicher Füllmenge und identischer Behandlungszeit eine bessere Oberflächenqualität.

Das von der amerikanischen REM Chemicals Inc. entwickelte ISF-Verfahren eignet sich für Werkstücke von der Größe eines Streichholzkopfes, die weniger als ein Gramm wiegen bis hin zu Zahnrädern mit einem Gewicht bis 5000 kg. Durch den Prozess entstehen nur geringe Abwassermengen beziehungsweise wenig Abfall. Beides kann in den meisten Fällen in einer herkömmlichen Abwasserbehandlungsanlage aufbereitet werden. Die eingesetzten Schleifkörper sind nahezu verschleißfrei und verfügen über eine hohe Dichte. Sie sind daher extrem langlebig und können immer wieder eingesetzt werden.

Doris Schulz Journalistin in Korntal