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Abt. Hochleistungskeramik. Wissenschaft und Industrie als starke Partner: Neue keramische Schneidstoffe für die industrielle Holz-bearbeitung Bruno Ehrle. Inhalt…. OERTLI Werkzeuge AG Firmenportrait Anforderungen an die Holzbearbeitung Wie alles begann… 1. KTI-Projekt “Woodtool”
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Abt. Hochleistungskeramik Wissenschaft und Industrie als starke Partner:Neue keramische Schneidstoffe für die industrielle Holz-bearbeitungBruno Ehrle
Inhalt… • OERTLI Werkzeuge AG • Firmenportrait • Anforderungen an die Holzbearbeitung • Wie alles begann… • 1. KTI-Projekt “Woodtool” • Machbarkeitsstudie • 2. KTI-Projekt “CerWoodCut” • Endkonturnahe Herstellung von CMC-Schneiden • 3. KTI-Projekt “PerWoodCut” • CMC-Schneiden für die high speed Holzbearbeitung • Dank und Aussichten
Firmenportrait OERTLI Werkzeuge AG • Präzisionswerkzeuge und Systeme für die maschinelle Holzbearbeitung • seit 1923 • 9 Tochtergesellschaften • ca. 350 MitarbeiterInnen in der OERTLI Gruppe • ca. 180 MitarbeiterInnen in der Schweiz • Produktion in der Schweiz und Holland • Umsatz Schweiz 2011 ca. 27 Mio CHF • geführt in der 3. Generation durch: Paul Oertli jun. Thomas Oertli
Firmenportrait Produkte
Firmenportrait Produktion • Am Hauptstandort in Höri bei Bülach • Einzelteil- und Seriefertigung mit hohem Automatisierungsgrad bis zu 24/7 Einzelteilfertigung von Werkzeugkörpern Seriefertigung von Wendeschneiden
Anforderung Holzbearbeitung • Zellstrukturen • fasrig • inhomogen • anisotrop Holzstruktur Bild-Quelle: IfW Stuttgart
Anforderung Holzbearbeitung • Schnittrichtungen (nach Kivimaa): • senkrecht zur Faser • längs zur Faser • quer zur Faser Schnittrichtungen • Fachausdrücke: • Hirn- oder Stirnschnitt • Längsschnitt • Querschnitt
Anforderung Holzbearbeitung Vorspaltung Bild-Quelle: IfW Stuttgart
Anforderung Holzbearbeitung Die Holzfaser müssen sauber durch-trennt werden und dürfen nicht gequetscht werden. • Anforderung an die Schneide: • Korngrössen < 1 μm: • Kantenverrundung < 5 μm der scharfen Schnittkante • Keilwinkel von 40 bis 60° • Hohe Härte und Festigkeit: • Querwuchs, Verästelungen und Sandeinschlüsse • Leimfugen, Kunstharzbeschichtungen • hohe Schnittgeschwindigkeiten von bis zu 100 m/s • lange Standzeiten • Thermische und chemische Resistenz: • bis zu 800°C an der Schnittkante • keine Kühlung möglich • chemische Reaktionen mit Gerbsäuren Schnittkante • Kantenverrundung: • Schneidkeil ≈ 3.5 μm • Schichtdicke ≈ 2.5 μm • Schneidkeil mit Beschichtung ≈ 6.7 μm Bild-Quelle: empa
Wie alles begann… OTS vom 8. November 2002 Hochleistungskeramik - ein Werkstoff mit glänzender Zukunft: • Keramik-Metall-Komposite • Keramik mit Teileigenschaften von Metallen • Mechanokeramik • Schneidkeramik • Kontakt zu abrasiven Medien • sehr hohe Verschleissfestigkeit sowie sehr hohe Härte • Signifikant verbesserte mech. Eigenschaften • 3x höhere Bruchzähigkeit als "normale" Keramiken • Wesentlich geringeres spezifisches Gewicht • ¼ bis ½ des Gewichtes von Hartmetall (HW)
1. KTI „WoodTool“ Von Juli 2004 bis Mai 2005 Machbarkeitsstudie: • Vergleich von Standard Si3N4 zu einem Ceramics-Matrix-Composites (CMC) • Das Standard Si3N4 hat nach den ersten Schnittmetern versagt • Entwickeln eines CMC‘s auf konventionellem Weg • malen, trocknen, sprühen, sintern, HIPen • Si3N4-SiC basierendes CMC • Ermittlung der wichtigsten mechanischen Eigenschaften • Dichte: 3.35 gcm3 • Ø Korngrösse: < 0.5 μm • Härte: 2100 MPa (HV30) • Bruchzähigkeit: 6.2 Bild-Quelle: empa
1. KTI „WoodTool“ Von Juli 2004 bis Mai 2005 Machbarkeitsstudie: • Konventionelle Herstellung der CMC-Rohlinge • Sintern in Scheiben mit uni-axial Druck • Zu hohe Herstellkosten durch aufwendige Formgebung • Laserschneiden der groben Schneidenkontur • Mehrstufiges Vorschleifen aller Flächen (Cracks) • Feinschleifen der Schnittkante • Läppen der Schnittkante • Standzeitversuche mit dem Referenzmaterial • 3 bis 5 mal höhere Standzeit zu Standard-HW ermittelt • Makroausbrüche auf der Schnittkante • Nicht tolerierbar Standzeitende Bild-Quelle: empa
2. KTI „CerWoodCut“ Von Oktober 2007 bis März 2010 Auswirkungen von Makroausbrüchen auf dem Holz: • Versagen der Schnittkantenintegrität Bild-Quelle: empa
2. KTI „CerWoodCut“ Von Oktober 2007 bis März 2010 Endkonturnahe Herstellung von CMC-Schneiden: • Modifikation des CMC Referenzmaterials • Damit Gasdrucksintern möglich wird • Signifikante Reduktion der Herstellkosten • Ähnliches Processing via Pressformen wie bei der Hartmetall Herstellung • Rohling nahe an der Endkontur • Nicht alle Flächen müssen bearbeitet werden • Neues Werkzeug-Design • Reduktion der Klemmkraft infolge kleinere Fliehkräfte • Höhere Drehzahlen / kleinere Werkzeuge • Verhindern von Makroausbrüchen • Durch anbringen einer Mikrofase • Als Diplomarbeit an der UNI Stuttgart
2. KTI „CerWoodCut“ Von Oktober 2007 bis März 2010 Aufgabenteilung: • Materialwissenschaftliche Arbeiten / Processing • EMPA • Sintern unter industriellen Bedingungen • Ceratizit Mamer (L) • Endbearbeitung inkl. Mikrofase • Ceratizit Horb (D) • Design Schnittgeometrie / Redesign Werkzeuggeometrie / Prototypen • OERTLI Bild-Quellen: empa
3. KTI „PerWoodCut“ Start Dezember 2011 CMC-Schneiden für die „high speed“ Holzbearbeitung: • Weitere Reduktion der Herstellkosten • Reduktion der Härte/Sprödigkeit vs Standzeit • bessere mechanische Bearbeitbarkeit • Steigerung der Kantenintegrität • Steigerung der Produktivität durch „high speed“ Bearbeitung • Focuswechsel von Standzeit auf Produktivität beim Endkunden • Schlanke Schneidenklemmung führt zu kleineren Werkzeugen • Höhere Schnittgeschwindigkeiten führt zu höheren Vorschüben • Know-How in eigener Hand • Know-How Aufbau in der mechanischen Bearbeitung von keramischen Schneidstoffen • Mechanische Endbearbeitung der Schnittkante im eigenen Haus • Produktion in der Schweiz • Stärkung des Werkplatzes Schweiz • Erhaltung von Arbeitsplätzen
Aussichten Immer schneller, höher, weiter….. Wissenschaft und Industrie als starke Partner: • Ein KTI-Projekt ist die ideale Plattform für die Industrie, um wissenschaftliches Know-How praxisgerecht umzusetzen • Nicht alle Lösungs-Ansätze für immer gleich zum Erfolg • Solange noch Ideen zur Problemlösung bestehen, sollte man „am Ball“ bleiben • OERTLI hat dadurch die Chance eine komplett neue Werkzeuggeneration auf den Markt zu bringen Durch Beharrlichkeit zum Erfolg!
