Schäldrehen ist ein von EMAG entwickeltes Drehverfahren, bei dem eine gerade, um 45 Grad angestellte Schneide tangential am rotierenden Werkstück vorbeischwenkt. Der Eingriffspunkt wandert dabei kontinuierlich an der Schneide entlang. So entstehen drallfreie Oberflächen in Schleifqualität – deutlich schneller als beim konventionellen Schlichten und komplett trocken.
Drallfreie Dicht- und Lagersitze, Blechpakete mit definierter Rauheit und Taktzeiten, die eher an Schruppen als an Schlichten erinnern: Das Schäldrehen hat sich in der Wellenbearbeitung, besonders rund um den elektrischen Antrieb, als feste Größe etabliert. Zeit für die fünf wichtigsten Fragen und Antworten zu dieser Technologie.
Schäldrehen in der Praxis: Im Arbeitsraum der EMAG VT 4 bearbeitet das Schäldrehwerkzeug eine vertikal gespannten Welle.
1. Warum wurde das Schäldrehen entwickelt?
Der Auslöser war der Drall. Beim konventionellen Längsdrehen erzeugen der Eckenradius der Schneide, der Vorschub und die Rotation des Werkstücks eine feine, gewindeähnliche Rillenstruktur auf der Oberfläche. An einem Dichtsitz wirkt diese Struktur wie eine Förderschnecke: Sie transportiert Öl unter dem Radialwellendichtring hindurch – das System wird undicht. Deshalb fordern viele Zeichnungen für Dichtsitze ausdrücklich Drallfreiheit, meist kombiniert mit Rauheitswerten von Rz 1 bis 4.
Lange Zeit ließen sich solche Oberflächen nur durch Schleifen herstellen. Daher hat es sich EMAG zum Zeil gesetzt, eine alternative Technologie mit definierter Schneide zu entwickeln, die direkt auf der Drehmaschine läuft – ohne zusätzliche Schleifoperation und ohne Kühlschmierstoff. Das Ergebnis ist das Schäldrehen, das seit weit über einem Jahrzehnt in Serienprojekten im Einsatz ist.
Beim konventionellen Drehen erzeugen Schneidenradius und Vorschub eine gewindeähnliche Rillenstruktur, die als Drall bezeichnet wird. An Dichtsitzen fördert dieser das Öl unter dem Radialwellendichtring hindurch.
2. Wie funktioniert Schäldrehen?
Beim Schäldrehen – gelegentlich auch als Tangentialdrehen bezeichnet – kommt eine gerade Schneide mit bis zu 50 Millimetern Länge zum Einsatz, die um 45 Grad angestellt ist. Das Werkstück rotiert wie beim Drehen üblich. Die Schneide bewegt sich jedoch nicht axial am Bauteil entlang, sondern schwenkt tangential daran vorbei; eine überlagerte Ausgleichsbewegung sorgt dabei für die exakte Zylinderform.
Der entscheidende Effekt: Der Eingriffspunkt wandert kontinuierlich an der Schneide entlang. Jeder Punkt der Schneidkante ist nur für einen Sekundenbruchteil im Einsatz, der Span rollt an der Schneide ab und nimmt die Prozesswärme fast vollständig mit. Das erlaubt hohe Schnittgeschwindigkeiten von 250 m/min und mehr, bei komplett trockener Bearbeitung. Für längere Bearbeitungslängen lässt sich zusätzlich eine Z-Bewegung überlagern; dann steigt die Produktivität weiter, die Oberfläche ist in der Regel aber nicht mehr drallfrei.
Das Funktionsprinzip: Eine gerade, um 45 Grad angestellte Schneide schwenkt tangential am rotierenden Werkstück vorbei. Der Eingriffspunkt wandert dabei an der Schneide entlang.
3. Wie entstehen dabei drallfreie Oberflächen?
Da beim drallfreien Schäldrehen kein axialer Vorschub stattfindet, entsteht erst gar keine Gewindestruktur auf dem Bauteil. Zusätzlich wirkt die um 45 Grad angestellte Schneide wie eine Glättschneide: Der hinter der Schnittzone nachlaufende Teil der Schneidkante überstreicht die frisch bearbeitete Oberfläche und glättet verbliebene Rauheitsspitzen in einem Zug.
Eine Besonderheit des Verfahrens ist, dass sich die Oberflächengüte der Schneidplatte nahezu eins zu eins auf das Werkstück überträgt und das weitgehend unabhängig vom Vorschub. EMAG setzt in diesem Fall zwei Standard-Schneidplatten ein. Eine bewusst rauere Variante erzeugt Rz 1 bis 4 für Dichtsitze, da der Radialwellendichtring ein Ölpolster benötigt – eine zu glatte Oberfläche lässt den Ölfilm abreißen. Die feinstgeschliffene Variante erreicht Rz-Werte unter 1, etwa für Lagersitze. Die Dralltiefen liegen je nach Platte zwischen 0,1 und 0,8 Mikrometern, der theoretische Förderquerschnitt unter 60 beziehungsweise 20 Quadratmikrometern.
Wie schnell drallfrei gedreht werden kann, hängt vom Durchmesser ab: Bei 35 Millimetern sind rund 0,18 mm/U möglich, bei 100 Millimetern bis etwa 0,5 mm/U. Ist keine Drallfreiheit gefordert, sind Vorschübe bis 1,5 mm/U realistisch.
Schäldrehen in der Praxis: Im Arbeitsraum der EMAG VT 4 bearbeitet das Schäldrehwerkzeug eine vertikal gespannten Welle.
4. Wo wird Schäldrehen eingesetzt – hart oder weich?
Beides. In der Hartbearbeitung ist das Schäldrehen eine schnelle Alternative zum Schleifen von Dicht- und Lagersitzen gehärteter Wellen – mit Rz 1 bis 4, Rundheiten unter 5 Mikrometern und Zylinderformabweichungen unter 8 Mikrometern. In der Weichbearbeitung spielt es seine Stärke etwa am Blechpaket von Rotorwellen aus: Statt mit rund 0,2 mm/U wird hier mit 1 mm/U und mehr geschlichtet. In einem Praxisbeispiel sinkt die Bearbeitungszeit des Rotorpakets dadurch von 22,7 auf 6,1 Sekunden.
Auch unterbrochene Schnitte – etwa über Verzahnungen oder Passfedernuten hinweg – meistert das Verfahren dank des sanften Schneidenein- und -austritts deutlich besser als das konventionelle Drehen. Die Standzeiten liegen je nach Werkstoff, Spannung und Standzeitkriterium zwischen 2.000 und 12.000 Teilen. „Die Schäldrehschneide glättet sich über die Standzeit – die erzeugte Oberfläche wird also tendenziell immer besser. Ein häufiges Standzeitkriterium ist tatsächlich, dass die Oberfläche irgendwann zu gut wird“, erklärt Daniel Nille, Schäldreh-Spezialist in der EMAG Technologieentwicklung. Wichtig für stabile Ergebnisse ist eine gleichmäßige Eingangsqualität; in der Praxis wird deshalb meist konventionell vorgedreht.
Schäldrehen im Serieneinsatz: die vertikalen Wellendrehmaschinen der VT-Baureihe und – für flanschförmige Bauteile – die Futtermaschinen der VL-Baureihe von EMAG
5. Welche Maschinen und Voraussetzungen braucht das Verfahren?
Schäldrehen benötigt eine Drehmaschine mit Y-Achse beziehungsweise schwenkbarem Revolver und – wegen der vergleichsweise hohen Radialkräfte – eine stabile Werkstückspannung, etwa über ein Spannzangen- oder das EMAG Wellenspannfutter, bei Bedarf ergänzt um eine Lünette. Bei EMAG kommt das Verfahren vor allem auf den vertikalen Wellendrehmaschinen der VT-Baureihe zum Einsatz, für flanschförmige Bauteile auch auf der VL-Baureihe.
Spezialisten braucht es an der Maschine nicht: Ein eigens entwickelter EMAG Schäldrehzyklus übernimmt die Berechnung der Bewegungen im Hintergrund. Der Einrichter gibt lediglich Parameter wie Durchmesser, Vorschub und Schnittgeschwindigkeit ein und korrigiert das Werkzeug wie bei einer normalen Drehbearbeitung – ein CAM-System ist nicht erforderlich. Zu den Grenzen: Das Verfahren ist für Außendurchmesser ausgelegt; Innendurchmesser und Planflächen sind nicht möglich.
Fazit: Das Schäldrehen kombiniert die Oberflächenqualität des Schleifens mit der Geschwindigkeit und Flexibilität der Drehbearbeitung – trocken, mit geringem Invest und langen Standzeiten.
