Sägen mit horizontaler Schlittenführung

Diese Sägen sind wohl die häufigsten Modelle von Hartmetall-Sägen. Bei dieser Bauart tritt das Sägeblatt im Getriebekasten lagernd auf horizontalen Führungen gleitend, horizontal in den Barren ein. 1969 wurde die erste horizontale Hartmetallsäge von der Firma Advanced Machine & Engineering Co. (AME) in Rockford, IL, USA entwickelt und für die Firma Metalcut Inc. gebaut. Erstmals wurden auch Teleskopstahlabdeckungen und Stahlschürzen der Firma Hennig GmbH verwendet, um kritische Teile der Säge vor Spänen zu schützen, die durch die hohe Umfangsgeschwindigkeit schwer zu kontrollieren sind.

Sägen mit vertikaler Schlittenführung

Bei dieser Art tritt das Sägeblatt vertikal in das Material ein. Diese Sägen werden oft als Lagensägen verwendet, wobei mehrere Rohre, Profile oder Stangen auf einmal in horizontaler Lage gesägt werden.

1974 wurde die erste Hartmetallsäge mit vertikalen Flachführungen von Arno Williemeit, dem Co-Entwickler der Braunschweiger Zahngeometrie, ausgeführt und bei der Firma Ohler in Remscheid, gebaut. Später wurde dieser Maschinentyp von FRAMAG, Österreich übernommen und ebenfalls als Lagensäge gebaut. Ohler hatte vorher vertikale HSS-Sägen mit doppelten Rundführungen gebaut und später auch für Hartmetallsägen umgerüstet.

Sägen mit geneigten Führungen

Diese werden ebenfalls gebaut, sind aber teurer als Sägen mit horizontalen Schlittenführungen und werden vorteilhaft zum Schneiden von Eisenbahnschienen eingesetzt, weil das Sägeblatt gleichmäßig in das Schienenprofil eintritt.

1970 machte die Entwicklungsabteilung der Firma Chamberlain Versuche, für die US-Regierung, mit dem Prototyp der neu entwickelten Metalcut Barrensäge. Diese Resultate übergab die Firma, als Final Engineering Report, in Buchform mit dem Titel "Phase I Investigation of new Sawing Concept" an Frankford Arsenal, einen dem verantwortlichen Offizier der US-Streitkräfte.

Der Bericht fiel sehr detailliert aus und zeigt die Vorteile einer Hartmetallbarrensäge. Dieses Säge wurde nach ihrem Erfinder genannt "Goellner Saw". 1971 werden weitere Versuche unter Phase II mit der neuen Serienmaschine Metalcut 12 durchgeführt.

Schwenksägen

Um kleinere Querschnitte von Stahl, Profilen oder Rohren zu schneiden, wurden Schwenksägen ursprünglich als HSS Kreissägen angewendet.

Später wurden auch größere Profile für den Stahlbau geschnitten (Kaltenbach, Lörrach). 1973 entwickelte Metalcut die erste Hochleistungs-Schwenksäge für 75 mm Materialstärke, wobei der Drehpunkt des Getriebekastens an der Bodenplatte befestigt ist. Diese Säge schneidet beiderseitig der Schwenkachse je eine Stange und ist dadurch produktiver.

1976 entwickelte die Firma Carbide Cutoff Inc. Rockford, IL eine größere Produktions-Hartmetallsäge dieser Art, um gegen Metalcut Inc. konkurrieren zu können. Diese Maschine schneidet Barren bis zu 8.0 Zoll (250 mm) und bewährte sich hervorragend. Diese Art von Sägen wird auch von Metalcut Inc. als Lagen- oder Barrensägen bis 600 mm Barren Durchmesser gebaut. Das Schwenklager befindet sich oberhalb des Maschinenbettes und das Sägeblatt tritt bogenförmig vertikal in das Material ein, hat aber keinen geschlossenen Kraftfluss.

1994 entwickelt AME (Advanced Machine & Engineering, Rockford IL, USA) eine kostengünstige Schwenksäge unter dem Warenzeichen AMSAW 200 für den US-Markt.

Ab 2011 produzierte dieselbe Firma eine Hochleistungs-Hartmetallsäge zum Schneiden von 350 mm Barren nach dem Schwenkprinzip, wobei die Schwenkachse des Getriebekastens am unteren Teil des Maschinenbettes angebracht ist. Dabei ist der Kraftfluss ein geschlossener Kreislauf und die Maschine wird extrem steif. Der Spanfluss ist ebenfalls verbessert, weil die Späne direkt auf den Spanförderer geworfen werden.

Plattensägen

1963 entwickelt Ingersoll Milling Machine Co. Rockford, Illinois, USA eine Säge, die Platten aus hochfestem Kohlenstoffstahl mit Hartmetallbestückten Kreissägeblättern zersägt. Die horizontale Schlittenführung ist auf einem Balken oberhalb der Platte angebracht.

Später entwickelt die Firma Oliver Machinery Co. Detroit, Michigan, USA eine Plattensäge, bei der der Getriebekasten unterhalb der Platte auf einem Maschinenbett gleitet und dabei die Platte von unten sägt.

Eisenbahnschienen-Sägen

1973 entwickelte Metalcut die erste Hartmetall-Schienensäge, die später auch von der Gustav-Wagner-Maschinenfabrik GmbH (Reutlingen) und anderen Firmen gebaut wurde. 1997 produzierte AME unter dem Namen AMSAW eine preisgünstigere Schienensäge, die in den USA vielfach verwendet wird. 1999 wurde von AME eine Sonderausführung einer Hartmetallsäge gebaut, die Eisenbahnschienen für Stellwerke winklig sägt.

2011 entwickelte AME eine Sonderausführung, die als Doppelsäge in einem Eisenbahnwaggon integriert ist und in den USA bei Schienenreparaturen eingesetzt wird. Bisher verwendete Trennsägen verursachten durch die heißen Späne Waldbrände und wurden mit diesen AMSAW-Kaltsägen ersetzt.

Lagensägen

1974 entwickelt Metalcut zwei Lagensägen, welche die Enden von bis zu 6 “C” Profilen schneidet. Die Profile werden in horizontaler Lage den Sägen zugeführt. Die erste Säge schneidet die vorderen Enden ab, die zweite die hinteren, wobei diese, auf Schienen beweglich, unterschiedliche Längen schneiden kann. Diese Maschinen werden als Schwenksägen gebaut und sägen von unten nach oben durch die Profile.

Ab 1976 wurde diese Säge auch zum Sägen von Rohren in Lagen eingesetzt. Später bauen Wagner und Framag ähnliche Sägen in Vertikal-Schlittenausführung.

1977 entwickelt Metalcut eine Schwenklagensäge, welche preisgünstiger verkauft wird.

Hartmetall-Sondermaschinen

2008 entwickelt AME eine Hartmetall-Sondermaschine, zum Schneiden von warmgeschmiedeten Achsen. Das Material wurde bei einer Temperatur von ca. 430 Grad Celsius gesägt.

Hartmetall-Ringsägen

Neuerdings werden dickwandige Ringe warm gerollt und müssen oft in Scheiben gesägt werden. MFL Liezen stellte eine solche Säge her, die diese Ringe vom Innendurchmesser her sägt. AME Rockford, IL, USA bietet eine Säge dieser Art (Ringsäge) ebenfalls an, die jedoch die Ringe von außen sägt.

Vorschub

Der Vorschubantrieb besteht entweder aus einem hydraulischen Zylinder, oder besser aus einer Kugelumlaufspindel, die von einem Servomotor über ein Reduktionsgetriebe angetrieben wird.

Getriebekasten

Meist werden spielarme gehärtete Zahnräder verwendet, die in Kegelrollenlagern gelagert sind. Je nach Größe der Sägeblätter können bis zu fünf Getriebestufen verwendet werden, die eine Übersetzung von etwa 40:1 ergeben. Stufenlos angetriebene Motoren bis zu 175 kW treiben das Getriebe direkt oder über Keil- oder Zahnriemen an. Oftmals wird eine Schwungscheibe an der Eintrittswelle angebracht, um die Drehmomentschwankungen beim Zahnein- und -austritt auszugleichen.

Spannvorrichtung

Generell besteht diese aus zwei hydraulische betätigten Spannelementen, die beiderseitig vom Sägeblatt das Material horizontal, vertikal oder in einer Kombination beider Varianten spannt. Um die Standzeit des Sägeblattes zu verbessern, wird das Material oft beiderseitig vom Blatt abgerückt, bevor das Sägeblatt aus dem Schnitt gezogen wird, um zu verhindern, dass die Hartmetallzähne an den Schnittflächen reiben und dadurch die Standzeit des Blattes verringert.

Sägeblattbefestigung

Das Sägeblatt muss stabil mit der Antriebswelle verbunden sein, um die großen Drehmomente schwingungsfrei zu übertragen. Ein größerer Blattflansch reduziert normalerweise die Blattschwingungen, erfordert aber größere Blattdurchmesser. Diese neigen leichter zu Schwingungen. Um die höheren Blattkosten zu reduzieren, verwenden einige Hersteller kleinere Flansche in Kombination mit Blattstabilisatoren, und reduzieren dadurch die Werkzeugkosten, weil kleinere Blattdurchmesser verwendet werden können.

Blattstabilisatoren

Kreissägeblätter sind wegen ihrer Plattenform radial in Vorschubrichtung zwar das steifste Werkzeugelement des Antriebsstranges, allerdings aufgrund der geringen Blattdicken äußerst instabil quer zur Vorschubrichtung. Sie müssen deshalb stabilisiert werden, um das Ausbilden von umlaufenden Plattenschwingungen zu vermindern. Bei den ersten Versuchen mit Hartmetall-Kreissägen beruhigte ein Entwicklungsingenieur der Firma Advanced Machine & Engineering Company in Rockford das Blatt, indem er einen Besenstiel an das Blatt drückte, welcher als Störstelle der Schwingungen verwendet wurde. So entstand die sogenannte „Broom Stick Method“ und der Blattstabilisator mit Rollen. Diese exzentrisch einstellbaren Doppelrollen mit einem Kunststoffbelag waren an einer stabilen Konsole am Getriebekasten befestigt und beruhigten das Blatt. Horst Döpcke, der diese Methode bei Metalcut-Versuchen sah, erfasste diese in seiner Dissertation „Sägen von Rohren mit hartmetallbestückten Kreissägeblättern“ ebenfalls. Spätere Entwicklungen der Advanced Machine & Engineering Company führten zu Segmentstabilisatoren, wobei beiderseitig vom Blatt einstellbare Platten mit Gleitbelag die Blattamplituden minderten. Dabei wird mit Öl angereicherte Pressluft zwischen die Platten gedrückt. Diese reduzierte die Reibung durch ihre Schmierwirkung und beim Austritt wird durch die Entspannung der Luft das Blatt aufgrund des Joule-Thomson-Effekt gekühlt. Andere Maschinenbauer verwenden später ähnliche Gleitelemente als Dämpfer. Diese irrtümlich bezeichneten Dämpferelemente dämpften jedoch nicht die Schwingungen, sondern hinderten lediglich das Ausbilden von Amplituden. Döpcke beschrieb diese Funktion im Einzelnen in seiner Dissertation.

2013 hat AME zwei Frontstabilisatoren für seine AMSAWS entwickelt, welche stationär im Anschnittbereich des Sägeblattes ausgeführt sind. Da die Hartmetallzähne i.d.R breiter als das Stammblatt sind, müssen diese Aktuatoren hydraulisch betätigbar sein. Das Anstellen der beidseitig ausgeführten Stabilisatoren findet noch von dem Eintritt in das Material statt, und dadurch werden nicht nur die Blattamplituden, sondern auch die Gefahr des Verlaufen der Sägeblätter verringert. Andere Formen von Stabilisatoren werden im Fortschritt-Bericht VDI Reihe 2 Nr. 199 erläutert. Dieser beschäftigt sich tiefgründig mit dem Verhalten von Sägeblättern.

Messeinrichtung

Allgemein werden zwei Arten von Messeinrichtungen verwendet:

1. Messung mit Greifzange

Der Barren wird mit einer Greifzange geklemmt, der auf einer Führung gleitet und über eine Kugelumlaufspindel-Servomotor-Kombination gesteuert wird.

2. Messung mit Messstop

Die Barren werden über einen Rollengang gegen einen gedämpften Messanschlag gefahren. Diese Methode wird meist bei längeren Abschnitten angewandt. In beiden Fällen erfolgt die Messung automatisch über Servo-Motor integrierte Encoder und der verbundenen SPS Steuerung.

Steuerung

Automatische Produktionssägen werden meist durch SPS gesteuert. Damit lassen sich automatische Abläufe beliebig steuern.

Sägeblatt-Durchmesser

Kleinere Sägeblätter sind billiger und benötigen geringere Antriebsdrehmomente. Dünnere Blätter haben weniger Materialabfall, brauchen daher auch eine geringere Schnittkraft. Man versucht daher, den Blattdurchmesser möglichst klein zu halten, indem man den Durchmesser der Blattaufnahme und Klemmscheibe möglichst klein auslegt, um einen größeren Materialquerschnitt bei kleinerem Sägeblatt-Durchmesser zu sägen. Der kleinere Durchmesser der Blattaufnahme schwächt jedoch die axiale Steifigkeit des Blattes. Es ist daher die Aufgabe eines Sägemaschinen-Entwicklers, das beste Verhältnis zu finden oder die entstehenden Schwingungen durch geeignete Blattstabilisatoren zu mindern.

Zahnspiel im Getriebekasten

Das Zahnspiel, besonders das der Antriebsspindel, ist ebenfalls kritisch. Wird zum Beispiel ein 1800 mm Durchmesser Sägeblatt von einem etwa 250 mm Zahnrad angetrieben, so ist das Verhältnis etwa 7:1. Ein Zahnspiel von 0.025 mm vergrößert das Spiel am Hartmetall-Zahn auf 0,18 mm und wirkt ebenfalls schädlich auf die Standzeit des Blattes. Man versucht daher, das Spiel durch besondere Konstruktionsmaßnahmen zu reduzieren, oder die Zahnflanken auf Minimalspiel einzuschleifen.

Maschinensteifigkeit

Beim Anschnitt und Austritt des Blattes ist nur ein Zahn im Eingriff. Es treten extreme Drehmomentschwankungen auf, wenn der Getriebekasten beim Eintritt des Zahnes belastet und beim Austritt entlastet wird. Horizontal schneidende Schwenksägen haben den höchsten Steifigkeitsgrad. Der Kraftfluss geht in einem geschlossenen Kreislauf von der Konsole durch die stark vorgespannten Kugelrollenlager der Schwenkachse über den Getriebekasten und das Vorschubgetriebe der Kugelrollspindel durch das Werkstück, wobei die Schnittkraft etwa in der Mitte zwischen Drehpunkt und Vorschubgetriebe angreift (s. Schema 1). Jegliche noch verbliebene Nachgiebigkeit des Vorschubgetriebes ist an der Sägespindel wesentlich reduzierter und erhöht daher die Gesamtsteifigkeit der Maschine. Das Vorschubgetriebe ist gelenkig mit der Vorrichtung verbunden, diese Vorrichtung stützt sich mit hoher Spannkraft am Material ab, so wird der geschlossene Kraftfluss noch weiter unterstützt. Sägen mit horizontalen oder geneigten Führungen haben keinen geschlossenen Kraftfluss (Schema 2) und müssen daher entsprechend steifer und kostspieliger gebaut werden.