Fachgebiet Trennende und Fügende Fertigungsverfahren
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Forschungsschwerpunkt: Spanen

Im Bereich der Spantechnik beschäftigt sich das tff mit folgenden Schwerpunktthemen.

Unsere Historie

Im Jahr 1999 mündete das Fachgebiet „Produktionstechnik und Werkzeugmaschinen“ unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Franz Tikal und das Fachgebiet für „Zerspantechnik“ unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Eberhard Pauksch in dem Fachgebiet „Produktionstechnik und Werkzeugmaschinen“. Mit der Berufung von Prof. Dr.-Ing. Prof. h.c. Stefan Böhm im Jahre 2010 wurde das Fachgebiet um die fügenden Fertigungsverfahren erweitert und in das Fachgebiet für „Trennende und Fügende Fertigungsverfahren“ (tff) überführt.


Unsere Mission

Seit dem Jahr 2003 fokussieren wir den Forschungsschwerpunkt der Zerspantechnik am Fachgebiet tff verstärkt auf die Sägetechnik, vorrangig auf die Bandsägetechnologie. Die Optimierung der Sägebänder hinsichtlich Verschleißminderung und Kraftentwicklung bilden den Kern unseres Forschungsschwerpunktes. Neben Kenngrößen der Schneidengeometrie und Technologie werden Schneidstoffe und Beschichtungen variiert und kombiniert.

Im Bereich der Schneidengeometrie wird in Makrogeometrie und Mikrogeometrie unterschieden. Die Makrogeometrie umfasst das Feld der Winkelvariationen an der Schneide, die Spanaufteilung und die Zahnform. Die Mikrogeometrie wird durch präparierte Schneidkantenarchitekturen beschrieben, oftmals in Form von Schneidkantenverrundungen. Technologieparametern gehören Variationen von Schnitt- und Vorschubgeschwindigkeiten, Zustellungen sowie Art und Menge der Kühlung/Schmierung über Minimalmengenschmierung bis hin zum Trockenschnitt an. Der Schwerpunkt der Schneidstoffbetrachtungen liegt auf Bimetall-, Diamant- und diversen Hartmetallbestückungen, welche je nach Anforderung mit verschleißarmen Beschichtungen veredelt werden.

Ein Teil der Werkzeugentwicklung beschreibt die Fügetechnologie zum Fügen von Hartstoff-Schneidelementen als Verschleißschutz. So werden die etablierten Verfahren des Schweißens, Lötens und Klebens in verschiedenen Applikationsarten eingesetzt.

Ein eigens entwickeltes Fügezentrum ermöglicht das prozesssichere Fügen der Elemente. Zerstörende- und zerstörungsfreie Prüfmethoden belegen die Notwendigkeit einer Fertigung unter höchsten Qualitätsansprüchen. Als weiterer Kompetenztreiber im Themengebiet „Fügen“ liefert die ganzheitliche und effiziente Nutzung von Synergieeffekten der Fachgebietsabteilungen „Schweißtechnik“ und „Klebtechnik“ innovative Schnittmengen.

Einen weiteren Themenschwerpunkt in der Werkzeugentwicklung stellt die Simulationstechnik dar. Mit aktuellen FEM-Softwarepaketen wie „Abaqus“ werden Schnittsimulationen sowie Fügestellengeometrien simulativ ausgelegt und bieten anschließend die Möglichkeit, die erzielten Simulationsergebnisse mit Ergebnissen aus Realversuchen zu vergleichen.

Unser ausgewogenes Forschungsportfolio reicht von der Werkzeugauslegung bis hin zu zeitgemäßen Innovationslösungen in der Werkzeugmaschinenentwicklung. Die zukunftsorientierte Entwicklung von alternativen Bandführungsapparaten an Sägemaschinen ist ein Vorreiter für den Einsatz unter extremer Staubentwicklung und garantiert im Einklang mit höchster Prozesssicherheit einen stets verschleißarmen und definierten Lauf des Sägebands.


Unser Werkstoffspektrum

Neben der Zerspanung von metallischen/nichtmetallischen Werkstoffen mit geometrisch bestimmter Schneide stellt die Zerspanung von mineralischen Werkstoffen eine Besonderheit und zugleich ein Alleinstellungsmerkmal des Fachgebiets tff im Bereich der Sägetechnologie dar. 

Eine Auswahl bisher zerspanter Werkstoffe bietet einen Überblick:

  • Stähle: unlegierte Baustähle, Vergütungsstähle, Einsatzstähle, Nitrierstähle, Automatenstähle, Werkzeugstähle und nichtrostende Stähle,
  • Leichtmetalle: Aluminium, Titan,
  • Gusseisen,
  • Sonderwerkstoffe: Nickelbasislegierungen, beispielsweise Inconel,
  • Verbundwerkstoffe: WPC,
  • Natursteine: Sandstein, Marmor, Granit,
  • künstliche Bausteine: Ziegelsteine, Betonsteine, Kalksandsteine,
  • Beton: Baustellenbetone und ultrahochfeste Betone (UHPC), auch bewehrt.

Unsere Versuchsstände

Aufgrund des breiten Werkstoffspektrums unterscheiden sich Labore und Versuchsstände in den Bereich der metallischen Werkstoffe und in den der mineralischen-/ Verbundwerkstoffe. Bedingt durch die Vielzahl der Einzelschneiden an Sägebändern sind Untersuchungen zur statischen Prozessabsicherung im ersten Schritt ungeeignet. Dem entgegen ermöglichen einzelne, separat betrachtete Zähne eine präzise Aussage über das jeweilige Prozessverhalten des einzelnen Schneidelements. Zur Aufteilung der Summenkräfte nutzt das Fachgebiet eigens entwickelte „Einzahnprüfstände“. Kräftemessungen können so an jedem einzelnen Zahn detektiert werden.

Resultierende Vorteile der Einzahnprüfstände hinsichtlich der Schneidenentwicklung sind:

  • Zuverlässige Begutachtung und Auslegung von Schneidelementen für die metallische-/ mineralische Zerspanung,
  • Möglichkeit der Variation von Schneidkeilgeometrien,
  • Erforschung von Schneidelementvariationen ohne vollständige Herstellung eines mehrschneidigen Werkzeugs,
  • Verschleißuntersuchungen an Schneidelementen,
  • Eliminierung von Einflüssen vorangehender Schneidelemente am kompletten Werkzeug,
  • Versuchsergebnisse der optimierten Schneidengeometrie werden auf ein ganzes Werkzeug übertragen, und Validierung der Resultate auf die Werkzeugmaschine.

Mit einer, auf die Zerspanung von mineralischen Werkstoffen konsequent modifizierten, Bandsäge des Technologieführers KASTO erzielt das Fachgebiet ein Alleinstellungsmerkmal zum innovativen Vorantreiben des Forschungsfelds. Auch hier ist die Aufnahme der Prozesskräfte während der Zerspanung möglich und bestätigt erfahrungsgemäß die Auswirkung der Entwicklungen der Einzahnversuchen.
Ein umfangreich ausgestattetes Messlabor mit beispielsweise Mikroskopen zur Verschleißdokumentation an Frei- und Spanfläche(n) sowie Schneidkante und chromatischen Sensoren zur Messung von Oberflächen- und Schneidkantenverläufen bietet die Möglichkeit, über den gesamten Versuchsablauf den aktuellen Zustand des Werkzeugs und Werkstücks zu begutachten und zu dokumentieren.