Wenn Sie an einem Werkzeugmaschinenhersteller vorbeikommen und die Techniker beim manuellen Schaben und Schleifen beobachten, fragen Sie sich unweigerlich: „Können sie diese bearbeiteten Oberflächen wirklich durch Schaben und Schleifen verbessern? (Können Menschen leistungsfähiger sein als Maschinen?)“
Wenn es nur um das äußere Erscheinungsbild geht, lautet unsere Antwort: „Nein“, wir werden es nicht schöner machen. Doch warum müssen wir überhaupt schaben? Natürlich gibt es Gründe – einer davon ist der menschliche Faktor: Die Aufgabe einer Werkzeugmaschine besteht darin, andere Werkzeugmaschinen herzustellen, doch sie kann niemals ein Produkt erzeugen, das genauer ist als das Original. Wenn wir also eine Maschine herstellen wollen, die präziser ist als die Ausgangsmaschine, brauchen wir einen neuen Ausgangspunkt – nämlich menschliche Anstrengungen. In diesem Fall beziehen sich diese Anstrengungen auf das manuelle Schaben.
Schaben und Schleifen ist keine „bloß handwerkliche“ oder „freiwillige“ Tätigkeit. Es ist vielmehr eine Methode des Kopierens. Dabei wird die Matrix nahezu perfekt nachgebildet – eine Standardfläche, die ebenfalls von Hand gefertigt wird.
Obwohl das Schaben mühsam ist, handelt es sich dabei um eine hochwertige Fertigkeitsstufe (eine Technologie auf Kunstniveau); vielleicht ist es sogar schwieriger, einen Meister im Schabeforschung zu ausbilden als einen Meister der Holzschnitzerei. Auf dem Markt gibt es nur wenige Bücher zu diesem Thema, insbesondere noch weniger Materialien darüber, warum gerade die Schabeforschung so wichtig ist. Vielleicht ist dies der Grund, warum die Schabeforschung oft als Kunst angesehen wird.
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Wo soll ich anfangen?
Entscheidet sich ein Hersteller, statt zu schaben mit einer Schleifmaschine zu arbeiten, muss die Genauigkeit der Führungsschiene seiner „Meistermaschine“ höher sein als die der neuen Schleifmaschine.
Woher stammt also die Genauigkeit der Maschine?
Sie muss von einer präziseren Maschine stammen, oder sie beruht auf einer anderen Methode, die eine wirklich ebene Oberfläche erzeugen kann, oder sie wurde möglicherweise von einer gut hergestellten ebenen Oberfläche abgekopiert.
Wir können drei Methoden zur Kreiszeichnung verwenden, um den Entstehungsprozess der Oberfläche zu veranschaulichen (obwohl der Kreis eher eine Linie als eine Fläche ist, lässt er sich dennoch zur Verdeutlichung des Konzepts heranziehen). Ein Handwerker kann mit einem gewöhnlichen Zirkel einen Kreis zeichnen; verwendet er hingegen einen Bleistift, um entlang eines runden Lochs in einer Kunststoffschablone zu zeichnen, übernimmt er sämtliche Ungenauigkeiten dieses runden Lochs; zeichnet er den Kreis per Hand, hängt die Genauigkeit des Kreises von seinen begrenzten Fähigkeiten ab.
Theoretisch lässt sich eine ebene Fläche durch den wechselseitigen Reibungs‑ bzw. Lappvorgang dreier Oberflächen erzeugen. Zur Vereinfachung nehmen wir drei Steine mit jeweils relativ ebenen Flächen als Beispiel. Reibt man die drei Flächen in zufälliger Reihenfolge abwechselnd gegeneinander, werden sie immer glatter. Verwendet man hingegen nur zwei Steine zum Reiben, entsteht ein passendes Paar mit einer konkaven und einer konvexen Fläche. In der Praxis wird neben dem Schaben als Ersatz für das Lappen außerdem eine klare Reihenfolge eingehalten. Der Schabemeister wendet diese Regel meist an, um die gewünschte Standardvorrichtung – etwa eine Geradlinie oder eine flache Platte – herzustellen.
Beim Schaben bringt der Schabmeister zunächst den Entwickler auf die Standardvorrichtung auf und legt diese anschließend auf die Oberfläche des Werkstücks, um sie zu verschieben; dadurch wird die Stelle freigelegt, die abgeschabt werden soll. Wird dieser Vorgang wiederholt, nähert sich die Oberfläche des Werkstücks immer weiter der Standardvorrichtung an und kann so dieselben Ergebnisse erzielen wie die Standardvorrichtung.
Zu schabende Gussteile werden in der Regel um einige Tausendstel über die Endmaße hinaus gefräst, anschließend zur Wärmebehandlung geschickt, um die Restspannungen abzubauen, und danach vor dem Schaben noch einmal poliert. Obwohl das Schaben sehr zeitaufwändig ist und hohe Arbeitskosten verursacht, kann es Prozesse ersetzen, die mit hohen Anschaffungskosten für spezialisierte Maschinen verbunden sind. Will man auf das Schaben verzichten, muss das Werkstück mit hochpräzisen und teuren Maschinen nachbearbeitet werden.
Neben den hohen Kosten für die Ausrüstung, die im späteren Fertigungsabschnitt anfallen, ist ein weiterer Aspekt zu berücksichtigen: Bei der Bearbeitung von Teilen, insbesondere von großen Gussteilen, sind häufig gravitationsbedingte Spannvorgänge erforderlich. Wenn die Genauigkeit nur wenige Tausendstel beträgt, führt die Spannkraft oft zu Verformungen des Werkstücks, wodurch dessen Maßhaltigkeit nach dem Lösen der Spannung gefährdet wird; zudem bewirkt die während der Bearbeitung entstehende Wärme ebenfalls eine Verformung des Werkstücks.
Dies ist einer der vielen Vorteile des Schabens: Es wirkt keiner Spannkraft entgegen, und die durch das Schaben erzeugte Wärme ist nahezu null. Große Werkstücke werden an drei Punkten gestützt, sodass sie sich aufgrund ihres Eigengewichts nicht verformen.
Ist die Schabspur einer Werkzeugmaschine abgenutzt, kann sie durch erneutes Schaben korrigiert werden – ein großer Vorteil gegenüber dem Ausschuss der Maschine oder dem Transport zur Fabrik zur Demontage und Neubearbeitung.
Wenn die Schiene einer Werkzeugmaschine erneut geschabt werden muss, können dies die Wartungsfachleute der Fabrik selbst übernehmen; alternativ lassen sich auch lokale Fachkräfte beauftragen.
In manchen Fällen können sowohl manuelles als auch elektrisches Schaben eingesetzt werden, um die erforderliche geometrische Genauigkeit zu erreichen. Sind die Schienen mehrerer Arbeitstische und Sattelvorrichtungen bereits geschabt und entsprechen die Maßabweichungen den Anforderungen, doch stellt sich bei der Überprüfung fest, dass die Parallelität des Arbeitstisches zur Spindel nicht ausreichend ist (was eine erhebliche Korrektur erfordert), kann man sich dann vorstellen, wie viel technisches Können nötig wäre, um mit nur einer einzigen Schabmaschine genau die richtige Metallmenge an der korrekten Position abzutragen, ohne dabei die Ebenheit zu beeinträchtigen und den Ausrichtungsfehler ordnungsgemäß zu korrigieren?
Natürlich ist dies nicht der Zweck des Schabens, und es sollte auch nicht als Methode zur Korrektur großer Ausrichtungsfehler eingesetzt werden. Dennoch kann ein erfahrener Schabmeister diese Art der Korrektur in überraschend kurzer Zeit bewältigen. Obwohl diese Methode fachkundige Technik erfordert, ist sie wirtschaftlicher, als eine große Anzahl von Teilen äußerst präzise nachzubearbeiten oder spezielle zuverlässige oder verstellbare Konstruktionen einzubauen, um Ausrichtungsfehler zu vermeiden.
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Verbesserung der Schmierung
Praktische Erfahrungen haben gezeigt, dass das Schaben der Schienen die Reibung durch eine bessere Schmierung verringern kann; über den genauen Grund herrscht jedoch keine Einigkeit. Die gängige Auffassung ist, dass das Schaben der Tiefpunkte – genauer gesagt der geschliffenen Vertiefungen und der für die Schmierung angelegten Öltaschen – zahlreiche winzige Ölspeicherbereiche schafft, die von den vielen kleinen Hochpunkten ringsum ausgekratzt werden.
Eine weitere logische Erklärung lautet, dass auf diese Weise ein kontinuierlicher Ölfilm erhalten bleibt, sodass sich die beweglichen Teile auf diesem Ölfilm abstützen – genau das Ziel jeder Schmierung. Der Hauptgrund dafür liegt darin, dass diese unregelmäßigen Öltaschen viel Ölvolumen bieten und so das Austreten des Öls erschweren. Die ideale Voraussetzung für eine wirksame Schmierung besteht darin, einen Ölfilm zwischen zwei glatten Oberflächen aufrechtzuerhalten; dabei muss jedoch das Problem gelöst werden, dass das Öl nicht ausläuft, oder es muss schnell nachgefüllt werden. (Unabhängig davon, ob auf der Gleisoberfläche eine Spachtelung vorhanden ist oder nicht, werden meist Ölrinnen angelegt, um die Ölv verteilung zu erleichtern.)
Eine solche Aussage lässt Zweifel an der Wirkung der Kontaktfläche aufkommen. Das Schaben verringert zwar die Kontaktfläche, sorgt jedoch gleichzeitig für eine gleichmäßige Verteilung – und genau diese Verteilung ist entscheidend. Je flacher die beiden zusammenpassenden Oberflächen sind, desto gleichmäßiger verteilen sich die Kontaktflächen. Allerdings gilt in der Mechanik ein Grundsatz: „Die Reibung ist unabhängig von der Fläche.“ Das bedeutet, dass egal ob die Kontaktfläche 10 oder 100 Quadratzoll beträgt, dieselbe Kraft nötig ist, um die Arbeitsplatte zu bewegen. (Der Verschleiß ist eine andere Frage: Bei gleicher Belastung verschleißen kleinere Flächen schneller.)
Ich möchte betonen, dass wir nicht nach einer größeren oder kleineren Kontaktfläche streben, sondern nach einer besseren Schmierwirkung. Ist die Schmierung einwandfrei, unterliegt die Schienenoberfläche keinerlei Abnutzung. Wenn sich ein Arbeitstisch aufgrund von Verschleiß nur schwer bewegen lässt, liegt dies möglicherweise eher an der Schmierung als an der Kontaktfläche.
zwei
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Wie wird geschabt?
Bevor man die hohen Stellen identifiziert, die abgeschabt werden müssen, trägt man zunächst den Entwickler auf die Standardvorrichtung auf (eine flache Platte oder eine gerade Messvorrichtung, wenn die V‑Schiene geschabt werden soll) und reibt anschließend die mit Entwickler beschichtete Standardvorrichtung über die zu schabende Schienenoberfläche. Der Entwickler überträgt sich dabei auf die hohen Stellen der Schienenoberfläche; danach entfernt man diese mit einem speziellen Schabewerkzeug. Dieser Vorgang wird so oft wiederholt, bis eine gleichmäßige Übertragung auf der Schienenoberfläche erreicht ist.
Natürlich sollte ein Schabemeister alle möglichen Techniken beherrschen. Hier werde ich zwei davon erläutern.
Vor dem Farbvergleich verwenden wir üblicherweise eine stumpfe Feile, um die Werkstückoberfläche sanft zu bearbeiten und Grate zu entfernen.
Wischen Sie die Oberfläche mit einer Bürste oder der Hand ab, nicht mit einem Lappen. Wird ein Tuch zum Abwischen verwendet, können die feinen Fasern des Tuchs beim nächsten Farbvergleich der hohen Stellen irreführende Spuren hinterlassen.
Der Master Scraper selbst überprüft seine Arbeit, indem er die Standardvorrichtung mit der Schienenoberfläche vergleicht. Der Inspekteur muss dem Master Scraper lediglich mitteilen, wann er die Arbeiten einstellen kann, sodass sich dieser keine Sorgen um den Schabvorgang machen muss. (Der Master Scraper kann für die Qualität seiner eigenen Arbeit verantwortlich sein.)
Früher gab es festgelegte Normen, die vorschrieben, wie viele hohe Punkte pro Quadratzoll vorhanden sein sollten und welcher Prozentsatz der Gesamtfläche betroffen sein musste. Allerdings stellte sich heraus, dass die Überprüfung der Kontaktfläche nahezu unmöglich war; heute überlässt man es dem Schabemeister, die Anzahl der Punkte pro Quadratzoll festzulegen. Kurz gesagt strebt der Schabemeister im Allgemeinen einen Wert von etwa 20 bis 30 Punkten pro Quadratzoll an.
Im aktuellen Schabeprozess kommen bei manchen Nivellierarbeiten elektrische Schabemaschinen zum Einsatz; auch sie arbeiten manuell, ermöglichen jedoch, einige mühsame Arbeiten zu reduzieren und die Schabearbeit weniger anstrengend zu gestalten. Doch bei feinen Montagearbeiten bleibt das Gefühl, das man durch manuelles Schaben erhält, unersetzlich.
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Kratzmuster
Es gibt viele Arten von Mustern. Hier stellen wir einige gängige Muster vor, darunter das Bogenmuster, das Quadratmuster, das Wellenmuster und das Fächermuster. Das Bogenmuster umfasst hauptsächlich das Mondmuster und das Schwalbenmuster.
1. Bogenmuster und Schabemethode
Zunächst wird die Klinge mit der linken Seite der Klingenkante abgesenkt und anschließend diagonal von links nach rechts geschabt (wie in Abbildung a unten dargestellt). Gleichzeitig wird das Handgelenk der linken Hand gedreht, sodass die Klinge in einem Bogen von links nach rechts schwingt (wie in Abbildung b unten gezeigt), wodurch der Schabvorgang der Klingenkante von links nach rechts übergeht. Die Länge des Klingenstrichs in Längsrichtung beträgt im Allgemeinen etwa 10 mm. Der gesamte Schabvorgang erfolgt blitzschnell, sodass verschiedene Bogenmuster erzeugt werden können. Die Klinge kann außerdem schräg von rechts nach links geschabt werden. Dabei wird mit Kraft das linke Handgelenk nach unten gedrückt, während das rechte Handgelenk gedreht wird, damit die Klinge in einem Bogen von rechts nach links schwingt und der Schabvorgang somit von rechts nach links verläuft.
drei
Grundlegende Schabemethode des Bogenmusters
Hauptpunkte beim Schaben von Bogenmustern: Aufgrund unterschiedlicher Schabbedingungen und Arbeitsmethoden unterliegen Form, Größe und eingeschlossener Winkel des geschabten Bogens erheblichen Veränderungen. Zunächst ist auf die Auswahl des geeigneten Schabers zu achten, denn Breite und Dicke der Klinge, der Radius des Klingenbogens sowie die Größe des Keilwinkels beeinflussen die Form des Bogens in gewissem Maße. Zum zweiten gilt es, den Umfang der Handgelenksdrehbewegung sowie die Länge des Schiebe‑ und Schabehubs beim Schaben präzise zu steuern. Zum dritten sollte man den elastischen Effekt des Schneidkopfes nutzen. Allgemein lässt sich feststellen: Je stärker die Handgelenksdrehbewegung und je kürzer der Schiebe‑ und Schabehub, desto kleiner sind der eingeschlossene Winkel und die Form des geschabten Bogens, wie in Abbildung c oben dargestellt.
(1) Mondmuster und Schabemethode
vier
Vor dem Schaben zeichnet man mit einem Bleistift auf der Werkstückoberfläche ein Quadrat mit einem bestimmten Abstand.
Beim Schaben wird ein feiner Schaber mit einer gebogenen Klinge verwendet. Die Mittellinie der Klingenfläche bildet mit der Längsmittellinie der Werkstückoberfläche einen Winkel von 45°, und das Schaben erfolgt von der Vorderseite zur Rückseite des Werkstücks.
(2) Schwalbenmuster und Schabemethode
Das Schwalbenmuster ist in der nachstehenden Abbildung dargestellt. Vor dem Schaben zeichnet man mit einem Bleistift auf der Werkstückoberfläche ein Quadrat mit einem bestimmten Abstand. Beim Schaben kommt ein feiner Schaber mit einer gebogenen Klinge zum Einsatz. Die Mittellinie der Klingenfläche bildet mit der Längsmittellinie der Werkstückoberfläche einen Winkel von 45°, und das Schaben erfolgt von der Vorderseite zur Rückseite des Werkstücks. Zu den gängigen Schabemethoden gehören:
fünf
Zunächst wird mit dem ersten Schaber ein geschwungenes Muster geschabt; anschließend wird ein zweites, leicht unterhalb des ersten liegendes geschwungenes Muster geschabt, sodass ein schwalbenähnliches Muster entsteht, wie in Abbildung b oben gezeigt.
2. Quadratmuster und Schabemethode
Das Quadratmuster ist in der nachstehenden Abbildung dargestellt. Vor dem Schaben zeichnet man mit einem Bleistift auf der Werkstückoberfläche ein Quadrat mit einem bestimmten Abstand. Beim Schaben bildet die Mittellinie der Werkzeugkörperfläche mit der Längsmittellinie der Werkstückoberfläche einen Winkel von 45°, und das Schaben erfolgt von der Vorderseite zur Rückseite des Werkstücks. Die grundlegende Schabemethode besteht darin, für kurze Schiebevorgänge einen schmalen Schaber mit gerader Kante (oder einer großen Radiuskante) zu verwenden. Nach dem Schaben des ersten Quadrats ist vor dem Schaben des zweiten Quadrats ein Abstand von einem Quadrat freizulassen.
sechs
3. Wellenmuster und Schabemethode
Das wellenförmige Muster ist in Abbildung a dargestellt. Vor dem Schaben zeichnet man mit einem Bleistift auf der Werkstückoberfläche ein Quadrat mit einem bestimmten Abstand. Beim Schaben muss die Mittellinie der Werkzeugkörperfläche parallel zur Längsmittellinie der Werkstückoberfläche liegen, und das Schaben erfolgt von der Rückseite zur Vorderseite des Werkstücks. Die grundlegende Schabtechnik lautet: Mit dem gekerbten Schaber schaben, die Position des Schneidwerkzeugs (in der Regel am Schnittpunkt) auswählen und anschließend das Werkzeug nach dem Absenken diagonal nach links bewegen. Wenn das Werkzeug eine bestimmte Länge erreicht hat (in der Regel am Schnittpunkt), wird es diagonal nach rechts bewegt und danach angehoben, wie in Abbildung b unten gezeigt.
sieben
4. Fächer-Muster und Schabemethode
Das fächerförmige Muster ist in Abbildung a dargestellt. Vor dem Schaben werden auf der Werkstückoberfläche mit einem Bleistift ein Quadrat sowie eine Winkellinie mit einem bestimmten Abstand gezeichnet. Zur Erzeugung des fächerförmigen Musters ist der Hakenschraper (wie in Abbildung b unten gezeigt) zu verwenden. Das rechte Ende der Klinge ist scharf geschliffen, das linke Ende leicht stumpf, und die Kantenlinie verläuft gerade. Die grundlegende Schabtechnik lautet:
acht
Die Absetzposition des Werkzeugs wird ausgewählt (in der Regel am Schnittpunkt); die linke Hand wird etwa 50 mm vom Schneidkopf entfernt gehalten und nach links gedrückt; das linke Ende der Klinge dient als Kreismittelpunkt, und die rechte Hand wird im Uhrzeigersinn gedreht. Die Drehwinkel betragen in der Regel 90° und 135°. Das korrekte fächerförmige Muster ist in der oben abgebildeten Figur c zu sehen. Bei unsachgemäßer Kraftanwendung kann es leicht dazu kommen, dass beide Enden gleichzeitig abgeschabt werden und so das in der oben abgebildeten Figur d dargestellte Muster entsteht. In diesem Fall sind die gezogenen Musterlinien zu flach und gehören somit zum falschen Muster.