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Trowalisieren – Gleitschleifen

Trowalisieren ist ein Trennungsverfahren für Oberflächenbearbeitung metallischer Werkstücke, welches auch Gleitspannen oder Gleitschleifen bezeichnet wird. Das Verfahren setzt auf die Kombination von mechanischen und chemischen Effekten. Zusammen mit Schleifkörpern, den Chips, und einem Schüttgut aus einem Zusatzmittel in wässriger Lösung, dem Compound, werden die zu bearbeitenden Werkstücke in einen robusten Behälter gegeben.

Es handelt sich also beim Trowalisieren um eine gemeinsame Oberflächenbearbeitung mehrerer Werkstücke, ganz im Gegensatz zum Präzisionsschleifen, welches sich auf die Einzelbearbeitung von Werkstücken bezieht.

Das Gleitschleifen unterliegt der DIN 8589 Norm und wird hier als Gleitspanen bezeichnet. Die Norm erhöht die Variabilität, da nicht immer ein Schleifprozess, sondern auch verfahrensabhängig ein Läppen oder Polieren stattfindet.

Ablauf beim Gleitschleifen

Nachdem nun die zu bearbeitenden Werkstücke in den Behälter hineingelegt worden sind, wird der Behälter in oszillierende oder rotierende Bewegungen gesetzt. Somit entsteht eine Relativbewegung zwischen den Werkstücken und den Chips, die in gleichmäßiger Geschwindigkeit an den Werkstücken entlang gleiten. Mithilfe des zuvor genannten Zusatzmittels wird die Modifikation der Abtragung optimiert, wobei dieser vor allem die Kanten angreift und für eine gleichmäßige Bearbeitung der Oberfläche sorgt. Durch die eingesetzten Maschinen und Werkzeuge, also Chips und Compound, lässt sich folgendes nahezu beliebig variieren:

  • Oberflächenbild der Werkstücke
  • Rauigkeit
  • Materialabtrag
  • Entgratleistung

Nachdem die Werkstücke bearbeitet worden sind, fällt neben der Sauberkeit auch die Formgebung der Oberflächen auf. Die Grundform des Werkstückes verändert sich sichtbar, sofern das Trowalisierungsverfahren zur Entgratung und Abrundung der Kanten vorgenommen wird. Dabei kann auch die Oberflächengestaltung mit Glanz und Glätte oder matten Erscheinung versehen werden. Während des Verfahrens werden sämtliche Fette und Öle von den Werkstücken entfernt, so dass die zu bearbeitenden Werkstücke nach dem Trowalisieren sauber und frei von jeglicher Verschmutzung sind.

Folgende Voraussetzungen sollten die Hilfsmittel zum Gleitschleifen erfüllen:

Arbeitsbehälter

  • Sollte aus einem robusten Stahl bestehen.
  • Zum Lärm- und Abriebschutz sollte dieser mit Polyurethan oder Gummi ausgekleidet werden, stabiler Kunststoff kann als Außenhülle zur Stabilität und Funktionalität dienen.

Chips

  • Schleifkörper können eine Größe von 1 mm und 80 mm und unterschiedliche Formen haben. Das Gehalt an Schleif- oder Poliermineral der Schleifkörper bestimmt ihre Aggressivität für die erreichbare Oberflächenglätte der Werkstücke.
  • Deren Grundmaterial könnte sein:
    • Keramik
    • Kunststoff oder Kunstharz
    • Naturprodukt wie Walnussschalen-Granulat, zum Polieren von Werkzeugen
    • Stahl, zum Entrosten und Entgraten

Compound

  • Nimmt und transportiert das entstandene Abrieb der Schleifkörper sowie des Abtrages der Werkstücke, daher sollte es Substanzen für den Korrosionsschutz und zum Entfetten enthalten.
  • Beizarbeiten werden durch saure Compounds erledigt.
  • Bei flachen Werkstücken oder Blechteilen wird ein Trennmittel zugegeben (Kunststoffkügelchen < 1 mm), um ein Zusammenkleben der Werkstücke zu verhindern.

Grund für Trowalisieren

Zum Gleitschleifen sind beinahe alle Werkstoffe geeignet und somit keine Grenzen gesetzt, dank des Zusammenspiels aus Bearbeitungstechnologie, Anlage, Schleifkörper und Compound. Diese Bestandteile des Gleitschleifens sind flexibel sowohl auf Werkstücke wie auch Werkstoffe anzupassen.

Folgende Metall- und Nichtmetall-Werkstoffe lassen sich trowalisieren:

  • Aluminium
  • Edelstahl
  • Kupfer
  • Duroplaste, Kunststoff
  • Elastomere, Gummi
  • Magnesium
  • Sintermetall
  • Keramik
  • Messing
  • Stahl
  • Titan
  • Zink
  • Verbundstoffe, Faserverbundstoffe
  • Werkstoffe aus der:
    • additiven Fertigung
    • Massivumformung
    • Guss-Industrie
    • Umformtechnik, Tiefziehen, Stanzen, Biegen
    • spanenden Bearbeitung sowie Drehen, Fräsen, Bohren

Die Entgratung von scharfen und gefährlichen Kanten ist wohl das wichtigste beim Trowalisieren. Durch das Mischverhältnis des Compounds und die Beschaffenheit der Chips wird der Abtrag der Oberflächen der Werkstücke individuell bestimmt, so dass je nach Bedarf und Wunsch zwischen dem stärkerem und höherem Abrieb oder marginalem und geringem Abrieb entschieden werden kann.

Trowalisierungsverfahren ist ein vielseitiges und einsetzbares Verfahren, welches die Oberflächen der Werkstücke individuell bearbeitet und ins gewünschte Format bringt.

Durch Trowalisieren werden folgende Bearbeitungsziele erreicht:

  • Entgraten, Kantenverrunden
  • Glänzen, Glätten, Polieren (auch als Hochglanzverdichten bezeichnet)
  • Entzundern, Reinigen
  • Mattieren
  • Schleifen
  • Entfetten, Entölen

Anlagentechnik

Gleitschleifanlagen und deren Bauform

Die Gleitschleifanlagen setzen sich aus einem polyurethanbeschichteten Arbeitsbehälter und einem Unwuchtmotor oder aus mehreren Unwuchtpaketen zusammen. Der Unwuchtmotor ist letztlich für die Relativbewegung verantwortlich.

Die Gleitschleifer können mit unterschiedlichen Systemen wie dem Separieren, der Zufuhr und Förderung kombiniert werden. Außerdem sind Abwasseraufbereitungssysteme vonnöten, da diese die  Compound- respektive Wasserqualität und deren Erhalt wichtig sind.

Beim Gleitschleifen kommen folgenden Maschinenkonzepten zum Einsatz:

  • Rundvibratoren
    • Diese gilt heute als die klassische Gleitschleifanlage. Man kann diese für verschiedene Bearbeitungstechnologien für ein breites Bauteilspektrum verwenden. Haben eine universelle Einsetzbarkeit und eine technische Bewährung. Die Unterschiede der Anlage liegen in deren Größe, dem Antrieb und der Frage, ob diese mit einer Separierung ausgestattet sein soll.
  • Trogvibratoren
    • Diese werden eher für große Bauteile eingesetzt, bei denen die Rundvibrator beispielsweise nicht mehr weiter kommen.
  • Fliehkraftanlagen
    • Um eine besonders hohe Abtragsleistung während des Verfahrens zu erreichen, eignen sich hierzu die Fliehkraftanlagen. Dabei wird die Masse aus Schleifkörpern sowie den Bauteilen durch die Rotationsbewegung in eine gegenseitige Relativbewegung ausgerichtet. Diese Anlage wird mithilfe eines Elektromotors angetrieben.
  • Schleppschleifanlagen
    • Die Schleppschleifanlage kommt für hochwertige Einzelbauteile zum Einsatz. Auf ein Trägersystem werden die Bauteile aufgespannt und in die planetenförmige Bewegung gebracht.
  • Durchlaufanlagen
    • Diese Anlagen basieren im Gegensatz zu chargenweisen Bearbeitung auf der kontinuierlichen Bearbeitung, zu der taktweise die Werkstücke hinzugegeben werden. Hier liegt der Fokus auf dem Entfernen der Grate und dem Reinigen der Werkstücke.
  • Sonderbauformen

Prozesswassertechnik

Das Abwasser, welches während des Gleitschleifens zum Einsatz kommen, ist chemischer Natur oder besteht aus einer Mischung von chemischen und mechanischen Effekten. Bei dem Abwasser wird jedoch streng darauf geachtet, dass die Erfüllung ökologischer Anforderungen unter Berücksichtigung der wirtschaftlichen Aspekte gewährleistet wird.

Während des Kreislaufens des Prozesswassers wird das 2-Phasen-Trennungs oder gar 3-Phasen-Trennungs-Prinzip angewendet, zudem kommen flüssige Bestandteile aufgrund der Zentrifugalkraft hinzu. Dank diesem Prozess wird eine Einsparung des Frischwassers sowie des Compounds gewährleistet. Gleichzeitig und im Gegensatz zu einer reinen chemischen Aufbereitung erfolgt die Reduzierung des Schlamms, welcher entsorgt werden muss.

Der Prozesswasserkreislauf kann nicht bei sauren Gleitschleifzusätzen, verschiedenen Compounds und hohen Sauberkeitsanforderungen eingesetzt werden. Hier wird deswegen mit frischem Wasser und mit den Compounds gearbeitet. Bei diesem Prozess wird das Abwasser chemisch geflockt und der Schlamm ausgesiebt. Dank des Flockungsmittels werden fremde Stoffe wie Metalle, Öle und auch Fette aus dem Abwasser abgetrennt, sodass anschließend das gereinigte Wasser in den öffentlichen Kanal eingeleitet wird. Trotz, dass dieses Verfahren einfach und betriebssicher ist, ist es zugleich sehr teuer.

Trocknungsanlagen

Da das Trowalisieren auf wässriger Grundlage vollzogen wird, müssen die bearbeiteten Bauteile hinterher getrocknet werden. Hierfür gibt es zwei Varianten:

  • Heißlufttrocknung
  • Trocknung mit Supervelat

Das Trocknen mit Supervelat findet in dafür geeigneten Trocknern statt. In das entsprechende Trocknungsmedium werden Werkstücke eingebettet und mithilfe der Vibrationen in Bewegung gebracht, sodass diese schonend umgewälzt werden. Die Feuchtigkeit wird von dem aufgeheizten Medium aufgenommen, dabei werden die Werkstücke gleichzeitig poliert, sodass mögliche Wasser- oder Compoundflecke vermieden werden.

Das Trommeltrocknen ist eine andere Art des Trocknens. Hierbei werden aufgeheizte Trocknungsmedien wie Maiskolbenschrot oder Hartholzwürfeln eingesetzt. Die Werkstücke werden dabei von einer rotierenden Siebtrommel beständig durch das aufgeheizte Trocknungsmedium hindurch bewegt. Dieses Trocknerverfahren eignet sich besonders gut für große Mengen an Schüttgut und flachen Massenteilen, aber auch für stark schöpfende Werkstücke.

Auch die Heißlufttrocknung hat sich als Alternative durchaus bewährt. Durch das Umluftverfahren wird die heiße Luft in einen Trockentunnel eingeleitet und auf die zu trockenen Werkstücke gelenkt, sodass die Restfeuchtigkeit abgetrocknet wird. Dabei werden die Werkstücke auf einem entsprechenden Gurt konstant vorwärts gefördert. Diese Art des Verfahrens ist insbesondere für sensible Bauteile gedacht, vor allem wenn sich diese nicht berühren dürfen.

Trowalisieren und der Vorteil

Die zuvor genannten Schritte und Möglichkeiten des Trowalisierungsverfahrens würde in der manuellen Werkstückbearbeitung nicht nur viel Zeit kosten, sondern auch zu einem nicht identischem Ergebnis wie beim Gleitschleifen mehrerer Werkstücke führen.

Beim Trowalisieren werden zahlreiche Werkstücke gleichzeitig bearbeitet und in die gewünschte Form gebracht, so dass sich das industrielle Verfahren als wirtschaftlich effiziente, zeit- und kostensparende Maßnahme in der Fertigungstechnik erweist. Als ressourceneffiziente Maßnahme in der Oberflächenbehandlung überzeugt Trowalisieren vor allem durch die Möglichkeit der Bearbeitung von kleinen und mittelgroßen Werkstücken.

Letztlich das Zusammenspiel aus dem Werkstoff, der Flüssigkeit und dem Material der Chips führen zum gewünschten Ergebnis.

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