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ManuFuture / CerWoodCut / 28.05.2012 EHR Wissenschaft und Industrie als starke Partner: Neue keramische Schneidstoffe für die industrielle Holz- bearbeitung.

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1 ManuFuture / CerWoodCut / EHR Wissenschaft und Industrie als starke Partner: Neue keramische Schneidstoffe für die industrielle Holz- bearbeitung Bruno Ehrle Abt. Hochleistungskeramik

2 2 ManuFuture / CerWoodCut / EHR –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 Inhalt…

3 3 ManuFuture / CerWoodCut / EHR 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: Firmenportrait Paul Oertli jun. Thomas Oertli

4 4 ManuFuture / CerWoodCut / EHR Produkte Firmenportrait

5 5 ManuFuture / CerWoodCut / EHR Produktion –Am Hauptstandort in Höri bei Bülach –Einzelteil- und Seriefertigung mit hohem Automatisierungsgrad bis zu 24/7 Firmenportrait Einzelteilfertigung von WerkzeugkörpernSeriefertigung von Wendeschneiden

6 6 ManuFuture / CerWoodCut / EHR Holzstruktur Anforderung Holzbearbeitung Zellstrukturen fasrig inhomogen anisotrop Bild-Quelle: IfW Stuttgart

7 7 ManuFuture / CerWoodCut / EHR Schnittrichtungen Anforderung Holzbearbeitung Schnittrichtungen (nach Kivimaa): A senkrecht zur Faser B längs zur Faser C quer zur Faser Fachausdrücke: A Hirn- oder Stirnschnitt B Längsschnitt C Querschnitt

8 8 ManuFuture / CerWoodCut / EHR Vorspaltung Anforderung Holzbearbeitung Bild-Quelle: IfW Stuttgart

9 9 ManuFuture / CerWoodCut / EHR Schnittkante Anforderung Holzbearbeitung Bild-Quelle: empa 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 Kantenverrundung: Schneidkeil ≈ 3.5 μm Schichtdicke ≈ 2.5 μm Schneidkeil mit Beschichtung ≈ 6.7 μm Die Holzfaser müssen sauber durch- trennt werden und dürfen nicht gequetscht werden.

10 10 ManuFuture / CerWoodCut / EHR 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) Wie alles begann…

11 11 ManuFuture / CerWoodCut / EHR Von Juli 2004 bis Mai 2005 Machbarkeitsstudie: –Vergleich von Standard Si 3 N 4 zu einem Ceramics-Matrix-Composites (CMC) Das Standard Si 3 N 4 hat nach den ersten Schnittmetern versagt –Entwickeln eines CMC‘s auf konventionellem Weg malen, trocknen, sprühen, sintern, HIPen Si 3 N 4 -SiC basierendes CMC –Ermittlung der wichtigsten mechanischen Eigenschaften Dichte:3.35 gcm 3 Ø Korngrösse:< 0.5 μm Härte:2100 MPa (HV30) Bruchzähigkeit: KTI „WoodTool“ Bild-Quelle: empa

12 12 ManuFuture / CerWoodCut / EHR 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 1. KTI „WoodTool“ Bild-Quelle: empa

13 13 ManuFuture / CerWoodCut / EHR Von Oktober 2007 bis März 2010 Auswirkungen von Makroausbrüchen auf dem Holz: –Versagen der Schnittkantenintegrität 2. KTI „CerWoodCut“ Bild-Quelle: empa

14 14 ManuFuture / CerWoodCut / EHR 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“

15 15 ManuFuture / CerWoodCut / EHR 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 2. KTI „CerWoodCut“ Bild-Quellen: empa

16 16 ManuFuture / CerWoodCut / EHR 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 3. KTI „PerWoodCut“

17 17 ManuFuture / CerWoodCut / EHR 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 Aussichten Durch Beharrlichkeit zum Erfolg!

18 18 ManuFuture / CerWoodCut / EHR Thanks for your attention


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