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Quer zuerst war gestern

Maschinen & Anlagen
Quer zuerst war gestern

Ob quer zur Faser oder längs – mit seinem P-Systemfräser verspricht Leuco ein Werkzeug, das bei fast jedem Material hervorragende Fräsergebnisse liefert. Ob und inwieweit das stimmt, weiß Willi Brokbals, Fachlehrer an der Meisterschule Ebern.

Während der Achswinkel beim normalen Fräswerkzeug null Grad beträgt, verlaufen die Schneiden des P-Systemfräsers von Leuco in einem Winkel von etwa 70 Grad zur Werkzeugdrehachse. Zum einen reduziert diese Geometrie den wirksamen Keilwinkel, zum anderen sorgt das für einen stark ziehenden Schnitt, bei dem sich die Schneide in ihrer Längsrichtung zum Werkstück bewegt.

Der Preisunterschied zwischen einem Werkzeug mit Hartmetallschneide und einem mit Diamantschneide nimmt in letzter Zeit ab. Besonders bei Fräswerkzeugen für das BAZ gilt es zu überlegen, statt Hartmetall- (HW) Diamantwerkzeuge (DP) einzusetzen. Für die Zerspanung verschiedener Plattenwerkstoffe mit und ohne Belag haben viele Anwender schon umgestellt, da der Standweg einer DP-Schneide um ein Vielfaches höher ist als der einer HW-Schneide. Doch beim Zerspanen von Massivholz sind den DP-Werkzeugen enge Grenzen gesetzt. Ein Blick auf die üblichen Keilwinkel für unterschiedliche Schneidwerkstoffe macht diese Einschränkung nachvollziehbar: HS 35 bis 45 Grad, HW 45 bis 55 Grad und DP 60 bis 75 Grad. Je härter der Schneidenwerkstoff, umso größer wird die Gefahr, dass beim Auftreffen der Schneide auf das Material Partikel aus dem Gefüge brechen. Das wird durch einen größeren Keilwinkel, der für ausreichend stützendes Material hinter der Schneidkante sorgt, verhindert.
Groß und dennoch klein
Zur Verdeutlichung: Kein Schreiner käme auf die Idee, den Keilwinkel seines Hobels oder Stecheisens auf 60 Grad zu vergrößern, auch wenn die Schneide dadurch für Jahre ihre aktuelle Schärfe behielte. Da macht es stutzig, wenn Leuco behauptet, ein Fräswerkzeug entwickelt zu haben, das mit DP-Schneiden nahezu alle in der Holzverarbeitung vorkommenden Werkstoffe zerspanen kann. Leuco argumentiert, dass ein großer Achswinkel den tatsächlichen großen Keilwinkel in einen kleinen wirksamen verwandelt. Der große tatsächliche sorge für hohe Standzeiten, der kleine wirksame für gute Fräsergebnisse.
So entstand wohl auch der Name P-Werkzeug, bei dem das P für das englische Wort peel steht. Es bedeutet schälen, was bei dem Keilwinkel, der geringer als der einer Rasierklinge ist, nachvollziehbar wird. (Keilwinkel Cuttermesser: 22 bis 30 Grad)
Die Fräser lieferten zudem eine wesentlich bessere Fräsqualität als herkömmliche HW- oder DP-Werkzeuge. Und als wäre das nicht genug, spiele die Reihenfolge der zu bearbeitenden Materialien keine Rolle mehr: Massivholz, Spanplatte, MDF, mit hochglänzendem HPL beschichtete Platten mit oder ohne Schutzfolie in beliebiger Reihenfolge. Selbst der alte Grundsatz für die Massivholzbearbeitung, erst quer und dann längs zur Faser zu arbeiten, sei außer Kraft gesetzt. Der enorme Standwegvorteil des hochwertigen Schneidwerkstoffes bliebe dabei erhalten.
Praxistest. Ich war neugierig und habe mir zwei Werkzeuge für das Bearbeitungszentrum von Leuco geliehen. Mit diesen wollte ich im Praxistest die vollmundigen Behauptungen bestätigen oder widerlegen.
Die erarbeiteten Ergebnisse meines Werkzeugtests erheben keinen Anspruch auf Vollständigkeit und genügen sicherlich nicht allen wissenschaftlichen Kriterien. Doch sie sind praxisnah und sie zeigen Möglichkeiten und Grenzen des neuen Systems.
Kein gewöhnliches Werkzeug
Am Start sind zwei Fräswerkzeuge des P-Systems jeweils in einer HSK-63-Aufnahme mit Hydrodehn-Spannfutter für Werkzeuge mit Schaftdurchmesser 25 mm: ein umfangschneidender Fügefräser Z4 + 4, Ø 60 x 38 mm, rechtsdrehend, und ein Falz- und Fügefräser Z 2+2 +1, Ø 25 x 48 mm, rechtsdrehend, eine Stirnschneide zum Eintauchen und Fälzen (Bild 1). Er wurde bereits zweimal geschärft – drei Schärfgänge sind möglich. Beim ersten Blick auf die Werkzeuge fallen die mit etwa 70 Grad Achswinkel sehr stark zur Fräser-Längsachse geneigten Schneiden auf. Beim zweiten Blick machen die an ihrer Schneidkante deutlich ballig geformten DP-Schneiden klar, dass es sich um ein besonderes Werkzeug handelt (Bild 2).
Um die Unterschiede im Schnittbild zwischen diesen und herkömmlichen Fräsern zeigen zu können, wählte ich zwei Wendeplattenfräser mit ähnlichen Abmessungen als Referenzwerkzeuge, ebenfalls in Hydrodehn-Spannfuttern: Z 2, Ø 40 x 30 mm, ohne Achswinkel, Z 2,+2 Ø 20 mm, mit 7 Grad Achswinkel, beide Schaftdurchmesser 25 mm.
Um bei budgetverträglicher Probenzahl trotzdem die angenäherte Vergleichbarkeit der Systeme zu erzielen, legte ich 0,3 mm Zahnvorschub (fz) für alle Materialien zugrunde.
P-System Ø 25 mm – Wendeplattenfräser Ø 20 mm. Gleich das erste Probestück, eine 25 mm dicke Birkenfurnierplatte, vermittelte einen guten Eindruck über die beim Fräsen entstehenden Kräfte: Es verrutschte durch den erheblichen Schnittdruck des DP-Werkzeugs beim Fräsen durch das volle Material. Ab dann wurde mit einem Schruppfräser vorgefräst mit 2 bis 5 mm Zugabe je Außenkante. Unabhängig vom Material ergaben sich mit dem DP-Fräser stets bessere Ergebnisse als mit dem HW-Fräser. Die Präzision der von der Stirnschneide bearbeiteten Oberfläche im Falzgrund ist bei beiden Werkzeugen annähernd gleich. Deshalb richtete ich mein Hauptaugenmerk auf die Schmalflächen und Werkstückkanten (Bild 3).
Kante im Fokus
Die besten Ergebnisse erzielt man, wenn die Eindringtiefe des Fräsers beim Bearbeiten so eingestellt wird, dass die Mitte der Nutzlänge in der Mitte der Plattendicke liegt. Beispiel: Zum Umfräsen eines 30 mm dicken Werkstückes (halbe Dicke = 15 mm) wird der Z-Wert so programmiert, dass von der 48 mm langen Schneide (halbe Nutzlänge = 24 mm) je 9 mm über und unter dem Werkstück sind. Jeweils 15 mm oberhalb und unterhalb der halben Nutzlänge werden so zur Zerspanung eingesetzt.
Längsholz. Auf den Längsholzflächen sind die Messerschläge des P-Systems deutlich, während die der frischen Wendeplatten fast nicht sichtbar sind und fühlbar glatter. Der Übergang durch die unterteilten Schneiden des P-Systems ist nicht feststellbar beziehungsweise nicht fühlbar.
Querholz. Auch hier erzeugen die HW-Schneiden etwas glattere Flächen als die DP-Schneiden des P-Systems. Beim P-System zeichnet sich der unterschiedliche Achswinkel der Schneiden fast nicht fühlbar, doch durch veränderte Lichtbrechung deutlich sichtbar ab. Da die 50 mm Schneidlänge des Wendeplattenfräsers nur einmal unterteilt ist und diese Teilung nicht in der halben Materialdicke verlaufen muss, zeigen sich die Übergänge erst bei Holzdicken ab etwa 23 mm (Bild 5).
Ecke bricht nicht aus
Kantenausbrüche sind beim P-System die Ausnahme. Im Längsholz und Querholz entstehen gleichermaßen scharfe Kanten beim Fräsen im Gleichlauf und im Gegenlauf. Bei gleicher Oberflächenqualität der Schmalflächen darf die Vorschubgeschwindigkeit des P-Systems fast doppelt so hoch sein, wie die des Wendeplattenfräsers. Hält man mit dem DP-Fräser die Bearbeitungsreihenfolge quer, längs, quer, längs ein, sind auch bei geringen 0,5 mm Spanabnahme keine Ausbrüche an den Werkstückecken zu erwarten.
Plattenwerkstoffe. Die Bearbeitung der Plattenwerkstoffe mit dem neuen Werkzeug war durchgehend überzeugend: Furnierplatten aus Pappel, Birke oder Buche hatten deutlich glattere Schmalflächen als beim Zerspanen mit dem Wendeplatten-Werkzeug, doch waren die Querholzlagen leicht erhaben und fühlbar. Stab- oder Stäbchensperrholz lässt sich gut bearbeiten, doch dürfen keine losen Äste in der Fräsbahn sein, da die sehr spröden DP-Schneiden von ihnen zerschlagen werden können. Ob MDF oder Spanplatte mit Furnier oder HPL-beschichtet, spielt keine Rolle – alles wird scharfkantig mit glatten Schmalflächen. Selbst Schutzfolie auf hochglänzenden HPL-Platten bleibt dort, wo keine Luftblasen die Folie von der Plattenoberfläche trennen, haften.
P-System Ø 60 mm – Wendeplatten-Fräser Ø 40 mm. Zugegeben, der Vergleich zwischen diesen beiden Werkzeugen hinkt: Der größere Werkzeugdurchmesser mit vier Schneiden ist dem kleineren Durchmesser mit zwei Schneiden überlegen, selbst bei sonst gleicher Werkzeugbauart und -ausstattung. Doch die Ergebnisse sprechen eine so deutliche Sprache, dass sich ein echter Vergleich erübrigt.
Dieses Werkzeug ist ein Allesfresser: Gleichgültig, welche Holzart und welcher Plattenwerkstoff gefräst wird, sind alle Ergebnisse gut bis sehr gut. Einige Beispiele sollen für die gesamte Testreihe stehen:
Holzfasern an letzter Ecke
Eiche massiv, 20 mm dick, im Gegenlauf gefräst (Vorschub 15 m/min): keine Ausrisse, sehr glatte Flächen (Bild 6). Das gleiche Ergebnis erhielt ich bei 37 mm dicker Buche, die mit 20 m/min gefräst wurde, und das, obwohl die letzte Fräsung mit 5 mm Spanabnahme im Querholz verlief (Bild 7). Lediglich bis zu 3 mm lange Fasern, die jedoch keine Ausrisse im Längsholz hinterlassen, bleiben an der letzten bearbeiteten Ecke. Der Schneidenwechsel ist an der Schmalfläche durch die veränderte Lichtbrechung sichtbar.
Ein spannender Arbeitsgang war das Umfräsen furnierter Spanplatten mit zuvor angeleimten, 5 mm dicken Fichtenanleimern an den Längsseiten. In einem Arbeitsschritt wurden umlaufend die Furnierüberstände abgefräst und gleichzeitig noch ein Millimeter Anleimer zerspant. Quer zum Buchen-Deckfurnier wurde, an den kurzen Seiten etwa je 5 mm Material abgetragen. Im Gleichlauf und im Gegenlauf waren die Ergebnisse verblüffend: glatte Schmalfläche, scharfe Kanten, keine Ausrisse. Lediglich dünne Holzfasern, die keine Ausrisse hinterließen, blieben an der letzten Plattenecke (Bild 8 und 9). Die gleichen, sehr guten Ergebnisse erzielt man, wenn die Schmalflächen mit 2 mm ABS- oder dünnen Melamin-Kanten beschichtet sind. Hier wird das Kantenmaterial u. a. aufgrund seiner Härte völlig scharfkantig getrennt.
Der Test widmete sich schließlich den Problembeschichtungen beim Fräsen. Dazu gehören farbige oder klare Lacke auf MDF-Flächen, hochglänzendes HPL mit oder ohne Schutzfolie, Linoleum und Leder. Mit diesen für herkömmliche Fräser oft problematischen Werkstoffen erzielte ich hervorragende Ergebnisse. Es gab keine Ausrisse und Folien auf hochglänzenden HPL-Beschichtungen blieben an der Platte haften (Bild 10). Lediglich an den Ecken lösten sie sich bei einigen Proben auf bis zu 5 mm Länge von der Oberfläche. Auch die Gewebeschicht des Linoleums wurde glatt getrennt und ist somit nicht mehr hinderlich bei der nachfolgenden Kantenbeschichtung (Bild 11). Selbst Leder wird an der Oberfläche und an der Schmalfläche scharfkantig getrennt.
Alle Ergebnisse an dieser Stelle zu beurteilen ist müßig, da diese durchgehend sehr gut waren. Um die Aussage »sehr gutes Ergebnis« zu untermauern, wurden Aufnahmen mit einer einfachen Lupe mit 20-facher Vergrößerung gemacht. Obwohl die Qualität der Aufnahmen nicht durchgehend gleich gut ist, wird doch deutlich, wie die Ergebnisse im Vergleich zu herkömmlichen Werkzeugen einzuordnen sind.
Frässpuren im Hirnholz
Neben so vielen positiven Erkenntnissen gab ich mir Mühe, auch negative Seiten des P-Systems zu entdecken. Die Frässpuren der einzelnen Schneide im Hirnholz und an MDF-Schmalflächen wurden erwähnt und sind von vergleichbaren Werkzeugen mit unterteilten Schneiden bekannt. Nicht ganz eindeutig ist die teilweise starke Späneentwicklung zu beurteilen. Sie entsteht, vornehmlich bei der Massivholzzerspanung, durch die hohen Vorschubgeschwindigkeiten bei gleichzeitig hoher Drehzahl. Die Absaugleistung muss entsprechend hoch sein, um dieses Problem in den Griff zu bekommen. Oder die Vorschubgeschwindigkeit wird gesenkt, was jedoch die mögliche Produktivität des Werkzeuges einschränkt. Auch der Anschaffungspreis ist mit etwa 3500 Euro vordergründig sehr hoch.
Ruiniert man das Werkzeug nicht vorzeitig durch falsche Behandlung, amortisiert sich der Preis durch die nur noch sehr selten erforderlichen Rüstarbeiten. Versehentliche Fehlangaben beim Einmessen gehören damit ebenso der Vergangenheit an, wie die wegen unterschiedlicher Materialien erforderlichen Werkzeugwechsel. Selbst der alte Schreinergrundsatz, erst quer, dann längs zur Faser zu zerspanen, rückt in den Hintergrund und erleichtert damit auch das Programmieren. Ob das nun Schwächen sind, möge jeder selber beurteilen. Willi Brokbals
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