Sägen

Sägen ist nach der DIN 8580 ein Fertigungsverfahren mit geometrisch bestimmter Schneide. Das Sägen ist ein wichtiges Verfahren für viele Bereiche der Industrie und ist bereits seit der Steinzeit bekannt. Es dient zum Trennen oder Schlitzen von Werkstücken. Lange Zeit war das Sägen den Gemeinkosten zugeordnet und damit nicht als Fertigungsverfahren eingeteilt. Da es allerdings durch moderne Sägemaschinen heute sogar zur Fertigbearbeitung verwendet werden kann, hat sich diese Beurteilung geändert.

Definition

Wortherkunft

Das Wort Sägen leitet sich von dem altdeutschen Wort sega/saga ab. Dieses Wort hat seinen Ursprung dem lateinischen secare, welcher sich mit schneiden deuten lässt. Demnach war das Sägen ursprünglich als Begriff für das ab- oder zerschneiden gebräuchlich. Im Laufe der Zeit reservierte sich der Begriff allerdings für das Zerteilen mit Abtrag von Material. Das Zerteilen ohne das Abtragen von Material etablierte sich als Schneiden.

DIN 8589

In der DIN 8589 wird das Sägen wie folgt definiert:

„Sägen ist Spanen mit kreisförmiger oder gerader, dem Werkzeug zugeordneter Schnittbewegung und (beliebiger) Vorschubbewegung in einer zur Schnittrichtung senkrechten Ebene zum Abtrennen oder Schlitzen von Werkstücken mit einem vielzahnigen Werkzeug von geringer Schnittbreite.“

Geschichte

Schon in der Steinzeit konnten Menschen schon Materialien zersägen. Aus Stein gefertigte Sägen konnten zum Zerteilen von verhältnismäßig weichen Materialien wie Holz oder Knochen verwendet werden. Im Altertum (4. Jahrtausend v.Chr. bis 600 n.Chr.) wurden dann Sägen mit gehauenen Zähnen aus Bronze verwendet. Seit der griechischen Antike waren dann Sägeblätter aus gehärtetem Eisen gebräuchlich. Gesägt wurde allerdings immer noch ausschließlich Holz, was vor allem für den Schiffs- und Gebäudebau von großer Bedeutung war. Im Vergleich zur Axt ist bei dem Fällen von Bäumen wesentlich weniger Kraft notwendig. Die Herstellung von Brettern und Bohlen wäre ohne Sägen erst gar nicht möglich gewesen. Durch den Einsatz von Göpeln, Wasser- und Windkraft wurde eine erste Automatisierung möglich gemacht und die Sägeleistung konnte enorm gesteigert werden. Dabei kamen sogenannte Gattersägen zum Einsatz, welche mehrere parallele Sägeblätter führen.

In der metallverarbeitenden Industrie kamen Sägen erst seit der industriellen Metallverarbeitung zum Einsatz. Mit besseren Schneidstoffen war es möglich unlegierte Stähle und weiche Nichteisenmetalle zu sägen. Das Sägen kommt seitdem vor allem für das Ablängen von Halbzeugen zum Einsatz. Im 21. Jahrhundert angekommen wurden Schneidstoffe und Maschinen immer weiter entwickelt, was heutzutage das Sägen als Fertigbearbeitungsverfahren in einigen Teilen zulässt.

Verfahren

Das Fertigungsverfahren Sägen lässt sich anhand des Sägeblattes in drei Verfahren unterteilen:

Sägen mit Sägeblatt

Das Sägen mit einem Sägeblatt mit endlicher Länge ist das älteste und herkömmliche Verfahren. Das Sägeblatt wird dabei oszillierend hin und her bewegt und auf einen Bügel gespannt. Man unterscheidet in Sägeblätter auf Zug, Druck oder beidseitiger Anordnung der Zähne. Beim Sägen auf Zug oder Druck sind die Zähne dabei in eine Richtung angeordnet. Dadurch wird nur in eine Richtung Material zerspant und in der Rückholbewegung läuft das Sägeblatt im Freilauf. Sägeblätter zur Metallbearbeitung laufen dabei fast ausschließlich auf Zug, da das Sägeblatt so vor Stauchungen geschützt wird. Sägeblätter zur Holzbearbeitung sind in Europa klassisch auf Druck und im asiatischen Raum auf Zug. Sägen mit beidseitiger Anordnung sind ausschließlich für das Sägen von Holz ausgelegt. Dieses Verfahren ist dabei für grobe Schnitte geeignet. Das Sägen mit endlichen Sägeblättern bringt dabei lange Standzeiten mit sich und ist allerdings relativ genau. Daher sind Sängen mit dieser Variante in modernen Metallwerkstätten nicht mehr anzutreffen.

Sägen mit endlosen Sägeblättern

Das Sägen mit einem endlosen Sägeblatt ist eine Erweiterung von endlichen Sägeblättern. Das Sägeblatt ist dabei aus einem flexiblen Metall hergestellt und an den Enden durch Schweißen oder Hartlöten verbunden. Das so entstandene Band, welches bis zu 20 m lang sein kann, nennt man Sägeband und die Maschinen passend dazu Bandsäge. Sägebänder arbeiten ausschließlich auf Zug und laufen immer in Richtung eines Anschlages an der Säge. Dadurch muss das Werkstück nicht nach oben abgesichert werden und wird durch die Sägebewegung an den Anschlag gedrückt. Dieses Verfahren kommt häufig in Maschinen waagerechter Ausführung zum Einsatz. Es ist wirtschaftlich, da die Säge durchgehend Späne abträgt und damit die Standzeit deutlich verringert ist. Ebenfalls lassen sich große Werkstückdurchmesser mit vergleichsweise kleiner Maschinenabmessung bearbeiten. Die Genauigkeit dieses Verfahrens hängt von mehreren Faktoren ab, ist aber bezogen auf die anderen beiden Verfahren das Ungenauste.

Sägen mit Kreissägeblättern

Sägen mit einem Kreissägeblatt arbeiten steht auf Druck und sind seltener anzutreffen in der Metallindustrie. Das Sägeblatt ist dabei kreisförmig mit Anordnung der Zähne an dem Umfang des Blattes. Kreissägeblätter können auf Tischkreissägen, Kapp- und Gärungssägen verwendet verwendet werden. Tischkreissägen sind dabei in der Holzverarbeitung sehr verbreitet und kommen dort in verschiedenen Ausführungen zum Vorschein. Kapp- und Gärungssägen sind dabei ebenfalls weit verbreitet in der holzverarbeitenden Betrieben, haben aber auch in metallverarbeitenden Industrie ihre Berechtigung. Da das Sägeblatt 2 bis 6 mm dick ist, können sehr präzise Schnitte hergestellt werden. Da der benutzbare Durchmesser allerdings nur ca 40 % des Sägeblattes beträgt, ist der Einsatz dieses Verfahrens beschränkt. Für ein zu sägendes Rundprofil von 200 mm beispielsweise ist bereits ein Sägeblatt von min 500 mm notwendig.

Genauigkeit

Man unterscheidet bei der Genauigkeit in zwei Faktoren: zum einen die Längengenauigkeit, welche die Wiederholgenauigkeit bezogen auf die Länge des zu sägenden Materials angibt. Zum Anderen die Winkelgenauigkeit bezogen auf 100mm Schnitthöhe.

Beurteilungsmerkmal	Bügelsäge	Bandsäge	Kreissäge
Längengenauigkeit in mm	0,2–0,25	0,2–0,3	0,15-0,2
Winkelgenauigkeit in mm bezogen auf 100mm Schnitthöhe	0,2–0,3	mit neuem Sägeband 0,15 am Ende der Standzeit des Bandes 0,5	0,15-0,3

Sägeblatt

Sägeblätter lassen sich anhand verschiedener Charakteristika beschreiben. Diese sind wie folgt:

Winkel

Die Größe der Zähne und Winkel werden maßgeblich durch die Form des Sägeblattes vorgegeben. Die Winkel bestimmen das Verhalten des Sägeblattes wie folgt:

Auszug aus dem Buch: Praxis der Zerspantechnik

• Freiwinkel: Der Freiwinkel ist für die Ausbildung des Spanraumes verantwortlich. Je größer dieser ist, desto größer ist der Spanraum. Vor allem bei großen Werkstückdurchmessern ist ein großer Spanraum wichtig, um das Zerspanvolumen abtragen zu können.
• Keilwinkel: Der Keilwinkel legt die Stabilität des Sägezahns fest. Für harte Werkstoffe ist ein großer Keilwinkel von Vorteil, bei weicheren Materialen kann er zugunsten der anderen Winkel kleiner ausfallen.
• Spanwinkel: Der Spanwinkel ist meist positiv. Je kleiner er ist, desto geringer wird auch die Hauptschnittkraft.
• Schränkwinkel: Sägezähne sind nach außen geschränkt. Das heißt, dass die Zähne nach außen gehauen werden damit das restliche Sägeblatt nicht an den Seiten des Schnittes schabt. Das verringert die Schnittkraft und erhöht die Langlebigkeit des Blattes. Ebenfalls wird weniger Wärme durch Reibung erzeugt. Der Winkel der Schränkung der Zähne gibt neben der Dicke des Sägeblattes vor, wie breit der Schnitt wird.

Zahnform

• Zahnformen für Bandsägeblätter (endlich und unendlich):

Zahnform	Einsatzgebiet	Spanwinkel in °
Standardzahn „S“	universell einsetzbar für Grauguss, Stahlguss, Stahl, Bronze, Rotguss, Messing und spröde Kunststoffe	0
Klauenzahn „K“	für höchste Leistungen bei gut zerspanbarem Material, C-Stähle, legierte Werkzeugstähle mit geringem C-Gehalt, Nirosta-Stähle Titan, Aluminium, Messing und Kupfer	10–16
Lückenzahn „L“	für spröde Werkstoffe wie Grauguss, Al-Legierungen, Rg, Zn, Ms und große Materialquerschnitte	0
Trapezzahn „T“	Trapezzahn (T) mit einer verbreiterten Zahnschneide und positivem Spanwinkel. Die Zahnform ersetzt das Schränken und wird nur für hartmetallbestückte Sägeblätter produziert.	6–12
Profilzahn „P“	für Profile in allen Abmessungen und allen Materialsorten; extra widerstandsfähig gegen Zahnausbruch	6–8

• Kreissägeblätter nach DIN 1837 und 1838:

Typ	Einsatzgebiet
N	für Baustähle, Grauguss und NE-Metalle
H	für harte und zähharte Werkstoffe
W	für weiche und zähe Werkstoffe

Fehler beim Sägen

Je nach Verfahren können unterschiedliche Fehler beim Sägen auftreten:

Sägen mit Sägeblatt

Bei einer zu hohen Beanspruchung des Sägeblattes wird das Blatt an der Bohrung für die Einspannung brechen beziehungsweise reißen. Zur Vermeidung sollte die Blattspannung wie vom Hersteller beschrieben eingestellt werden. Moderne Maschinen können diesen Fehler durch einen automatischen Spanner verhindern. Zu einem Bruch des Blattes auf der restlichen Länge kann es kommen, wenn in vorhandene Schnitte erneut eingesetzt wird, das Blatt zu gering gespannt ist oder das Werkstück nicht ausreichend fixiert wurde. Alle drei Fehler führen zu einem verklemmen des Blattes in dem Schnitt. Zu hoher Verschleiß ist vermeidbar durch das Anpassen der Schnittgeschwindigkeit an Material und Schnittbreite, fehlendes oder zu wenig Kühlmittel und das Verwenden geeigneter Sägeblätter. Auch ein nicht funktionierendes Anheben des Bügels im Leerhub führt zu vorzeitigem Verschleiß. Ein Ausbrechen der Zähne kommt von zu schnellem Ansetzen in das Material oder eine zu grobe Zahnteilung. Schräge Schnitte werden hingegen verursacht von zu viel Vorschub, einem stumpfen Sägeblatt oder zu geringer Blattspannung.

Sägen mit endlosen Sägeblättern

Die meisten Fehler lassen sich von dem Sägen mit einem endlichen Sägeblatt adaptieren. Eine Schwachstelle des Bandes stellt allerdings noch die Schweißnaht dar. Sie kann reißen durch einen Herstellungsfehler, aber auch durch eine falsche Blattspannung. Ebenfalls ist auf die Position der Führungsrollen zu achten. Sie sollten so eng wie möglich an das Material geführt werden. Ein zu hoher Vorschub macht sich relativ schnell durch ein Hüpfen des Sägebandes bemerkbar.

Sägen mit Kreissägeblättern

Das Blatt einer Kreissäge kann brechen, wenn das Material beim Beginn des Schneidens schon an das Material ansetzt oder stumpf ist. Einzelne Zähne brechen eher aus wenn der Spanraum zu klein ist oder das Werkstück nicht ausreichend fixiert ist. Ein so genannter "Kick-Back", ein Zurückwerfen des Werkstückes kann durch zu viel Vorschub, falsche Fixierung oder ein stumpfes Blatt entstehen. Dieser ist nicht immer zu verhindern und kann eine schwere Sicherheitsgefahr darstellen.

Forschung

Kompetenzzentrum Sägen Stuttgart

Das Kompetenzzentrum Sägen in Stuttgart gehört zur Fraunhofer-Gruppe und forscht in mehreren Bereichen zu Verbesserungen zum Thema Sägen. Das Sägen ist vergleichsweise zu anderen spanenden Verfahren relativ unerforscht. Daher hat man in Stuttgart ein Kompetenzzentrum errichtet als Anlaufstelle für Unternehmen und Hersteller. Einige konkrete Themen sind:

• hybrides ultraschallunterstütztes Sägen
• Hochleistungs- und Hochgeschwindigkeitssägen
• Kühl- und Schmierkonzepte für Sägeprozesse
• Neuartige Werkzeugkonzepte und Schneidstoffe

Universität Stuttgart

Die Forschungsgruppe Zerspanungstechnologie des Institutes für Werkzeugmaschinen der Universität Stuttgart hat Forschungen zum Ersatz von metallischen Schneidstoffen durch Keramiken an Sägewerkzeugen durchgeführt. Konzentriert wurde sich dabei auf Sägeblätter zur Metallbearbeitung, zum Beispiel von dem Baustahl S355, Aluminium EN-AW-7075, sowie mit Grauguss GG25 und GGG60. Getestet wurden die Keramiken Oxid- (SN 60), Nichtoxid-(Beta-Si3N4) und Mischkeramik (Alpha/Beta-SiAlON) eingesetzt. Referenzwerte wurden durch den metallischen Schneidstoff MG 12 erzeugt.

Nachweise und Literatur

• Praxis der Zerspantechnik-Verfahren, Werkzeuge, Berechnung, 12. Auflage ,Jochen Dietrich, Springer Verlag, ISBN 978-3-658-14052-6

Weiterführende Suche auf IndustryArena.com

• Suche in der IndustryArena nach Sägen