Rundteiltische und Spannsysteme für das präzise Drahterodieren (EDM) von Schleifscheiben / Grinding Dressing Solutions.

Das Abrichten einer Schleifscheibe beschreibt den gezielten Prozess zur Wiederherstellung der Schneidfähigkeit, Profilgenauigkeit und Oberflächenstruktur eines Schleifwerkzeugs. Während des Schleifprozesses unterliegen sowohl die Schleifkörner als auch die Bindung einem kontinuierlichen Verschleiß. Die Körner stumpfen ab, brechen teilweise aus oder werden durch Werkstoffpartikel zugesetzt. Gleichzeitig verändert sich die Geometrie der Schleifscheibe durch radialen Verschleiß und Kantenverrundung.

Ohne regelmäßiges Abrichten verschlechtert sich das Schleifverhalten erheblich. Die Schleifscheibe beginnt zunehmend zu „reiben“ statt effektiv zu schneiden. Dies führt zu:

• steigenden Schleifkräften,
• höherem Energiebedarf,
• erhöhter Temperaturentwicklung,
• schlechteren Werkstückoberflächen,
• geringerer Maßhaltigkeit,
• höherem Werkzeugverschleiß.

Zusätzlich sinkt die Prozessstabilität deutlich, wodurch das Risiko thermischer Werkstückschädigungen wie Schleifbrand oder Mikrorisse steigt.

Beim Abrichten werden verschlissene Bindungsanteile gezielt entfernt und neue, scharfe Schleifkörner freigelegt. Gleichzeitig wird die ursprüngliche Form und Profilgenauigkeit der Schleifscheibe wiederhergestellt. Besonders metallgebundene Diamant- und CBN-Schleifscheiben stellen hierbei hohe Anforderungen an das Abrichtverfahren, da ihre extrem harte Bindung mechanisch nur schwer bearbeitet werden kann.

WEDM (Wire Electrical Discharge Machining) ist ein funkenerosives Fertigungsverfahren, bei dem Material durch elektrische Entladungen zwischen einer Drahtelektrode und einem elektrisch leitfähigen Werkstück abgetragen wird. Zwischen Draht und Werkstück entsteht ein definierter Funkenspalt, in dem elektrische Impulse lokale Temperaturen von mehreren tausend Grad Celsius erzeugen. Dadurch schmilzt oder verdampft das Material punktuell.

Beim Abrichten von Schleifscheiben wird gezielt die elektrisch leitfähige metallische Bindung bearbeitet. Die Diamantkörner selbst bleiben aufgrund ihrer elektrisch isolierenden Eigenschaften vollständig unbeschädigt. Genau dieser Unterschied zwischen leitfähiger Bindung und nichtleitfähigem Korn stellt den zentralen Vorteil des WEDM-Verfahrens dar.

Im Gegensatz zu mechanischen Abrichtverfahren entstehen beim WEDM keine direkten mechanischen Belastungen auf den Schleifkörnern. Dadurch bleiben:

• die Schneidkanten scharf,
• die Kornstruktur intakt,
• die Bindung weniger vorgeschädigt,
• die Werkzeugstandzeiten deutlich höher.

Zusätzlich ermöglicht die dünne Drahtelektrode die hochpräzise Bearbeitung komplexer Konturen, Radien und Mikrostrukturen mit Genauigkeiten im Mikrometerbereich.

WEDD (Wire Electrical Discharge Dressing) bezeichnet speziell das funkenerosive Abrichten von Schleifscheiben mittels Drahterodieren. Während klassisches WEDM überwiegend zur Werkstückbearbeitung eingesetzt wird, fokussiert sich WEDD auf die gezielte Konditionierung von Schleifwerkzeugen.

Das Ziel des WEDD-Prozesses besteht darin, die metallische Bindung selektiv abzutragen und die Schleifkörner optimal freizulegen. Dadurch entstehen:

• definierte Kornüberstände,
• große Spanräume,
• offene Topographien,
• scharf freistehende Körner.

Ein wesentlicher Vorteil des WEDD-Verfahrens liegt in der vollständig berührungslosen Bearbeitung. Mechanische Belastungen auf Korn und Bindung werden nahezu vollständig vermieden. Dadurch reduziert sich die Gefahr von:

• Kornbruch,
• Mikrorissen,
• Bindungsschäden,
• thermisch-mechanischer Vorschädigung.

Darüber hinaus ermöglicht WEDD die Herstellung hochpräziser Schleifscheibenprofile, konturierter Radien und komplexer Mikrostrukturen, die mit konventionellen mechanischen Abrichtverfahren kaum realisierbar wären.

Die Bindung einer Schleifscheibe hat die Aufgabe, die Schleifkörner sicher im Werkzeugkörper zu fixieren und kontrolliert freizugeben, sobald die Körner verschleißen oder ausbrechen.

Metallische Bindungen bestehen häufig aus:

• Bronze,
• Kupferlegierungen,
• Nickel,
• Kobalt,
• speziellen Metallverbunden.

Sie zeichnen sich durch:

• hohe Festigkeit,
• hohe Verschleißbeständigkeit,
• gute Wärmeleitfähigkeit,
• hohe Formstabilität,
• lange Werkzeugstandzeiten aus.

Gerade in der Hartmetallbearbeitung, Luft- und Raumfahrttechnik sowie Präzisionsfertigung kommen metallgebundene Diamant- und CBN-Schleifscheiben bevorzugt zum Einsatz.

Die hohe Härte und Festigkeit dieser Bindungen erschwert jedoch das mechanische Abrichten erheblich. Klassische Abrichtwerkzeuge müssen hohe Kräfte aufbringen, wodurch:

• Körner beschädigt,
• Bindungen vorgeschädigt,
• Mikrorisse erzeugt,
• Kornausbrüche verursacht werden können.

Da metallische Bindungen elektrisch leitfähig sind, eignen sie sich ideal für funkenerosive Abrichtverfahren wie WEDM. Dabei wird ausschließlich die Bindung selektiv erodiert, während die Diamantkörner vollständig erhalten bleiben.

Der Kornüberstand beschreibt die Höhe, mit der einzelne Schleifkörner aus der Bindung herausragen. Er zählt zu den wichtigsten Einflussgrößen auf die Leistungsfähigkeit einer Schleifscheibe.

Ein optimaler Kornüberstand verbessert:

• die Spanbildung,
• die Schneidfähigkeit,
• die Kühlschmierstoffzufuhr,
• die Spanabfuhr,
• die Prozessstabilität,
• die Reduktion von Reibung und Temperatur.

Große Kornüberstände ermöglichen ein aggressiveres Schneidverhalten und Reduzieren den Reibungsanteil zwischen Werkzeug und Werkstück deutlich. Dadurch sinken:

• Schleifkräfte,
• Energiebedarf,
• thermische Belastung,
• Werkzeugverschleiß.

Zu große Kornüberstände können jedoch zu instabilen Körnern führen, die mechanisch schlechter abgestützt sind und dadurch leichter ausbrechen oder Mikrobrüche entwickeln.

Die Studie zeigt, dass WEDM gezielt größere Kornüberstände erzeugen kann als mechanische Abrichtverfahren. Dadurch entstehen besonders freischneidende Schleifscheiben mit hoher Schleifleistung und reduzierten Prozesskräften.

Das Spanraumvolumen beschreibt den freien Raum zwischen Schleifkörnern und Bindung. Dieser Bereich dient zur Aufnahme und Abfuhr der beim Schleifen entstehenden Späne.

Ein ausreichend großes Spanraumvolumen ist entscheidend für:

• stabile Schleifprozesse,
• geringe Reibung,
• niedrige Temperaturen,
• effektive Kühlschmierstoffversorgung,
• geringe Schleifkräfte,
• hohe Prozesssicherheit.

Zu kleine Spanräume führen dazu, dass sich Späne in der Schleifscheibe festsetzen. Dadurch kommt es zum sogenannten „Clogging“ oder Zuschmieren der Schleifscheibe. In diesem Zustand:

• steigt die Reibung stark an,
• verschlechtert sich die Spanbildung,
• erhöhen sich Temperaturen und Schleifkräfte,
• sinkt die Oberflächenqualität.

WEDM-abgerichtete Schleifscheiben besitzen aufgrund der selektiven Binderabtragung deutlich größere Spanräume als mechanisch bearbeitete Werkzeuge. Dies verbessert die Spanabfuhr erheblich und reduziert thermische Belastungen während des Schleifprozesses.

Der Entladestrom bestimmt die Energie einzelner elektrischer Entladungen im WEDM-Prozess und zählt zu den wichtigsten Prozessparametern beim funkenerosiven Abrichten.

Hohe Entladeströme führen zu:

• größerem Materialabtrag,
• schnelleren Abrichtprozessen,
• höheren Abtragsraten,
• kürzeren Bearbeitungszeiten.
• Gleichzeitig steigen jedoch:
• die thermische Belastung,
• die Gefahr von Drahtbrüchen,
• die Prozessinstabilität,
• das Risiko unkontrollierter Entladungen.

In der Untersuchung wurden Entladeströme zwischen 40 A und 230 A getestet. Besonders hohe Stromwerte führten bei grobkörnigen Schleifscheiben häufig zu instabilen Prozessen und Drahtbrüchen.

Moderate Strombereiche zeigten dagegen die beste Kombination aus:

• Produktivität,
• Stabilität,
• Werkzeugqualität,
• Prozesssicherheit,
• reproduzierbarer Topographie.

Die Leerlaufspannung beschreibt die elektrische Spannung zwischen Draht und Schleifscheibe vor der eigentlichen Funkenentladung. Sie beeinflusst den Funkenspalt sowie die Stabilität des Erodierprozesses maßgeblich.

Eine höhere Leerlaufspannung:

• vergrößert den Funkenspalt,
• reduziert die Energiedichte,
• verbessert teilweise die Stabilität,
• verlängert jedoch die Bearbeitungszeit.

In der Studie führte eine Verdopplung der Leerlaufspannung zu deutlich längeren Abrichtzeiten. Ursache dafür war die geringere Energiedichte im Entladungsbereich.

Zusätzlich erhöhten sich:

• unerwünschte Nebenentladungen,
• Streuentladungen,
• instabile Pulsbildungen,
• ineffiziente Energieverluste.

Eine optimale Abstimmung der Leerlaufspannung ist daher entscheidend für:

• stabile Prozesse,
• kurze Bearbeitungszeiten,
• hohe Oberflächenqualität,
• geringe Drahtbruchraten.

Der Duty Factor beschreibt das Verhältnis zwischen aktiver Pulszeit und der gesamten Zykluszeit während des funkenerosiven Prozesses. Er gibt an, wie lange innerhalb eines Zyklus tatsächlich elektrische Entladungen stattfinden. Der Duty Factor ist damit ein zentraler Parameter zur Steuerung der Energieeinbringung im WEDM-Abrichtprozess.

Ein hoher Duty Factor bedeutet, dass die Entladungen länger aktiv sind und dadurch mehr Energie in die metallische Bindung eingebracht wird. Dies führt in der Regel zu:

• höherem Materialabtrag,
• schnelleren Abrichtprozessen,
• stabileren Entladungsbedingungen,
• homogenerem Binderabtrag.
• Gleichzeitig steigt jedoch auch:
• die thermische Belastung,
• die Wärmeentwicklung im Funkenspalt,
• die Gefahr thermischer Schädigungen,
• das Risiko von Drahtinstabilitäten.

Ein zu niedriger Duty Factor kann dagegen zu unzureichender Materialabtragung und instabilen Entladungen führen. Der Abrichtprozess wird dadurch ineffizient und ungleichmäßig.

Die Untersuchung zeigte, dass ein erhöhter Duty Factor zu deutlich stabileren Prozessen führte. Besonders das Parameter-Set „C“ mit erhöhtem Duty Factor erzeugte:

• reproduzierbare Schleifscheibentopographien,
• stabile Entladungsverhältnisse,
• geringere Schwankungen im Prozess,
• reduzierte Drahtbruchraten.

Dadurch konnte eine besonders gleichmäßige Freilegung der Schleifkörner erreicht werden.

Die Prozessstabilität beschreibt die Gleichmäßigkeit und Reproduzierbarkeit des WEDM-Abrichtprozesses. Sie zählt zu den wichtigsten Voraussetzungen für eine wirtschaftliche und qualitativ hochwertige Bearbeitung von Schleifscheiben.

Ein stabiler Prozess zeichnet sich aus durch:

• konstante elektrische Entladungen,
• gleichmäßigen Materialabtrag,
• stabile Funkenspalte,
• geringe Drahtbruchraten,
• reproduzierbare Werkzeugtopographien.

Instabile Prozesse führen dagegen zu:

• ungleichmäßigen Kornüberständen,
• schwankenden Bearbeitungsergebnissen,
• erhöhtem Werkzeugverschleiß,
• schlechter Oberflächenqualität,
• Prozessunterbrechungen.

Besonders kritisch sind:

• Kurzschlüsse,
• leitfähige Ablagerungen,
• unzureichende Spülung,
• instabile Entladungen,
• lokale Überhitzungen.

Die Studie zeigte, dass grobkörnige Schleifscheiben eine geringere Prozessstabilität aufweisen als feinkörnige Werkzeuge. Ursache hierfür sind die größeren Zwischenräume zwischen den Körnern, die zu:

• schwankenden Funkenspalten,
• ungleichmäßigen Entladungsverteilungen,
• lokalen Stromkonzentrationen führen.
• Zusätzlich beeinflussen:
• Entladestrom,
• Duty Factor,
• Leerlaufspannung,
• Drahtvorschub,
• Rotationsgeschwindigkeit

die Stabilität des Abrichtprozesses maßgeblich.

Der Drahtbruch gehört zu den kritischsten Fehlerbildern beim WEDM-Abrichten. Dabei reißt die Drahtelektrode während der Bearbeitung, wodurch der Prozess sofort unterbrochen wird. Drahtbrüche führen zu:

• Maschinenstillständen,
• erhöhten Bearbeitungszeiten,
• Qualitätsproblemen,
• erhöhten Prozesskosten.

Die Ursachen für Drahtbrüche sind vielfältig. Besonders häufig entstehen sie durch:

• instabile Entladungen,
• lokale Überhitzungen,
• hohe Stromdichten,
• unzureichende Spülbedingungen,
• leitfähige Schlammbrücken im Funkenspalt.

Beim Abrichten metallgebundener Schleifscheiben entstehen durch die Erosion feine metallische Partikel. Werden diese Partikel nicht ausreichend aus dem Funkenspalt gespült, bilden sich leitfähige Ablagerungen. Dadurch entstehen Kurzschlüsse und unkontrollierte Entladungen, die den Draht thermisch überlasten können.

Die Studie zeigte, dass insbesondere:

• hohe Entladeströme,
• grobe Körnungen,
• aggressive Prozessparameter
• das Risiko von Drahtbrüchen deutlich erhöhen.

Um Drahtbrüche zu vermeiden, müssen:

• Prozessparameter exakt abgestimmt,
• Spülbedingungen optimiert,
• stabile Funkenspalte erzeugt,
• die Drahtspannung präzise geregelt werden.

Besonders hohe Rotationsgeschwindigkeiten der Schleifscheibe verbesserten die Stabilität, da Erosionsprodukte effektiver aus dem Funkenspalt entfernt wurden.

Die Schleifscheibentopographie beschreibt die geometrische Struktur der Schleifscheibenoberfläche. Sie setzt sich zusammen aus:

• Kornverteilung,
• Kornüberstand,
• Spanräumen,
• Porenstruktur,
• Bindungsoberfläche.

Die Topographie beeinflusst nahezu alle Eigenschaften des späteren Schleifprozesses. Dazu gehören:

• Schleifkräfte,
• Temperaturentwicklung,
• Spanbildung,
• Oberflächenqualität,
• Werkzeugverschleiß,
• Prozessstabilität.

Eine offene und aggressive Topographie ermöglicht:

• bessere Spanabfuhr,
• geringere Reibung,
• niedrigere Temperaturen,
• höhere Zerspanungsleistung.

Mechanisch abgerichtete Schleifscheiben besitzen häufig:

• flachere Kornüberstände,
• kleinere Spanräume,
• stärker beschädigte Körner,
• verschmierte Bindungsoberflächen.

WEDM-abgerichtete Schleifscheiben erzeugen dagegen:

• größere Kornüberstände,
• offene Spanräume,
• scharf freistehende Körner,
• homogene Oberflächenstrukturen.

Dadurch entstehen deutlich freischneidender Werkzeuge mit:

• reduzierten Schleifkräften,
• geringerer Wärmeentwicklung,
• besserer Prozessstabilität,
• längeren Standzeiten.

Die Studie zeigt, dass die durch WEDM erzeugte Topographie entscheidend für die hohe Effizienz der Schleifprozesse verantwortlich ist.

Der Radialverschleiß beschreibt die Verringerung des Schleifscheibenradius während des Einsatzes. Er ist ein zentraler Indikator für:

• Werkzeugstandzeit,
• Profilhaltigkeit,
• Prozessstabilität,
• Wirtschaftlichkeit.

Ein hoher Radialverschleiß führt dazu, dass:

• die Schleifscheibengeometrie verloren geht,
• Werkstückmaße ungenau werden,
• Abrichtintervalle verkürzt werden,
• Maschinenstillstände zunehmen.

Die Untersuchung zeigte deutliche Unterschiede zwischen mechanisch und WEDM-abgerichteten Schleifscheiben.

Mechanisch abgerichtete Werkzeuge zeigten:

• hohen Anfangsverschleiß,
• starke Kornschädigungen,
• vorgeschädigte Bindungen,
• erhöhte Kornausbrüche.

Besonders in den ersten Schleifzyklen brachen viele vorgeschädigte Körner aus der Bindung heraus. Dadurch entstand ein deutlich erhöhter radialer Verschleiß.

WEDM-abgerichtete Schleifscheiben zeigten dagegen:

• deutlich geringeren Verschleiß,
• stabilere Kornverankerung,
• geringere Bindungsschädigung,
• längere Werkzeugstandzeiten.

Die Studie zeigt, dass WEDM-abgerichtete Werkzeuge bis zu fünfmal längere Abrichtintervalle ermöglichen können. Dies reduziert:

• Maschinenstillstände,
• Werkzeugkosten,
• Produktionsunterbrechungen,
• Wartungsaufwand erheblich.

Die Schleifkräfte zählen zu den wichtigsten Prozessgrößen beim Schleifen. Besonders relevant sind:

• Tangentialkraft,
• Normalkraft.

Die Tangentialkraft wirkt in Schnittrichtung und steht in direktem Zusammenhang mit:

• Materialabtrag,
• Energiebedarf,
• Reibungsanteil.

Die Normalkraft wirkt senkrecht zur Werkstückoberfläche und beeinflusst:

• Werkzeugbelastung,
• Werkstückverformung,
• Prozessstabilität.

Hohe Schleifkräfte führen zu:

• steigenden Temperaturen,
• höherem Werkzeugverschleiß,
• schlechteren Oberflächen,
• thermischen Werkstückschädigungen.

Niedrige Schleifkräfte deuten dagegen auf:

• scharfe Schleifkörner,
• offene Spanräume,
• effiziente Spanbildung,
• geringe Reibung,
• stabile Prozesse hin.

Die Studie zeigte, dass WEDM-abgerichtete Schleifscheiben die Schleifkräfte im Vergleich zu mechanisch bearbeiteten Werkzeugen um bis zu 50 % reduzieren konnten. Ursache hierfür sind:

• größere Kornüberstände,
• bessere Spanräume,
• schärfere Körner,
• geringere Reibungsanteile.

Besonders WEDM-abgerichtete Werkzeuge zeigten über viele Schleifzyklen hinweg stabile Kraftverläufe, was auf eine gleichmäßige und langlebige Topographie hinweist

Die Spindelleistung beschreibt die elektrische Leistung, die die Schleifspindel während des Bearbeitungsprozesses aufbringen muss. Sie ist ein wichtiger Indikator für:

• Prozessbelastung,
• Schneidfähigkeit der Schleifscheibe,
• Werkzeugzustand,
• thermische Belastung.

Eine niedrige Spindelleistung bedeutet:

• geringe Reibung,
• effiziente Spanbildung,
• scharfe Schleifkörner,
• stabile Prozesse,
• niedrige Wärmeentwicklung.

Steigt die Spindelleistung kontinuierlich an, deutet dies häufig auf:

• stumpfe Körner,
• zugesetzte Schleifscheiben,
• verschlechterte Spanbildung,
• steigende Reibung hin.

Die Studie zeigte, dass mechanisch abgerichtete Schleifscheiben bis zu 56 % höhere Spindelleistungen benötigten als WEDM-abgerichtete Werkzeuge.

Die Ursachen hierfür liegen in:

• geringeren Kornüberständen,
• kleineren Spanräumen,
• höheren Reibungsanteilen,
• beschädigten Schleifkörnern.

WEDM-abgerichtete Schleifscheiben arbeiteten dagegen deutlich effizienter und erzeugten:

• geringere Prozesskräfte,
• niedrigere Temperaturen,
• geringeren Energiebedarf,
• stabilere Schleifbedingungen.

Nach dem WEDM-Abrichten tritt eine sogenannte Einlaufphase auf. In dieser Phase stabilisiert sich die Schleifscheibentopographie während der ersten Schleifzyklen.

Zu Beginn können:

• instabile Körner ausbrechen,
• überschüssige Binderreste entfernt werden,
• lose Partikel ausgespült werden,
• erhöhte Rauheitswerte auftreten.

Diese Phase entsteht, weil WEDM sehr große Kornüberstände erzeugen kann. Nicht alle Körner besitzen dabei sofort eine optimale mechanische Abstützung in der Bindung.

Während der ersten Schleifprozesse werden schwach abgestützte Körner entfernt, bis sich eine stabile Arbeitsoberfläche einstellt. Danach:

• stabilisieren sich Schleifkräfte,
• verbessern sich Rauheitswerte,
• sinkt der Werkzeugverschleiß,
• steigt die Prozessstabilität.

Die Untersuchung zeigte, dass sich die Oberflächenqualität nach wenigen Schleifzyklen auf ein Niveau vergleichbar mit mechanisch bearbeiteten Schleifscheiben stabilisierte.

Der Kantenradius beschreibt die Schärfe der Profilkante einer Schleifscheibe. Kleine Kantenradien ermöglichen:

• präzisere Werkstückkonturen,
• höhere Profilgenauigkeit,
• schärfere Geometrien,
• bessere Maßhaltigkeit.

Beim mechanischen Abrichten werden Korn und Bindung gleichzeitig abgetragen. Dadurch kommt es häufig zu:

• verrundeten Profilkanten,
• beschädigten Körnern,
• ungleichmäßigen Profilen.

Zusätzlich wird nach dem Profilieren häufig ein separates Schärfen notwendig, wodurch die Kanten weiter verrundet werden.

WEDM-abgerichtete Schleifscheiben erreichten in der Studie deutlich kleinere Kantenradien von etwa 0,1 mm. Ursache hierfür ist die selektive Binderabtragung ohne mechanische Belastung der Körner.

Dadurch bleiben:

• Profilgeometrien schärfer,
• Kornstrukturen intakt,
• Formgenauigkeiten stabil,
• Abrichtintervalle länger.

Besonders bei hochpräzisen Anwendungen wie:

• Hartmetallbearbeitung,
• Mikrotechnik,
• Werkzeugschleifen,
• Profilbearbeitung

stellt dies einen erheblichen technologischen Vorteil dar.