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Rändeln – griffige Profile für eine bessere Handhabung
Das Rändeln ermöglicht es, der glatten Oberfläche eines runden (zylindrischen) Bauteils eine griffige Profilierung zu verleihen. Es sorgt dafür, dass Werkzeuge und Bauteile rutschfest und sicher in der Hand liegen. Der Vorteil: Das gerändelte Werkstück kann besser und präziser bedient werden, ohne in der Hand zu verrutschen. Durch verschiedene Rändelmuster lässt sich den Bauteilen zudem eine ansprechende Optik verleihen.
Das Rändeln gehört zwar nicht zu den meistgenutzten Fertigungsverfahren, hat aber in verschiedenen Branchen eine hohe Bedeutung. So weisen beispielsweise viele Werkzeuge im Handwerk eine gerändelte Oberfläche auf, damit der Handwerker diese optimal greifen und verwenden kann. Auch in der Medizintechnik sind gerändelte Geräte zu finden, etwa auf OP-Tischen: So können Ärzte viel präziser und sicherer agieren, wenn die Oberfläche ihrer Instrumente über eine Rändelung verfügt.
Doch zurück zum Fertigungsverfahren: Das Rändeln gehört zu den Verfahren, die auf einer Drehmaschine durchgeführt werden. Ausgangsteil ist ein zylindrisches Werkstück, das eine glatte Oberfläche aufweist. Um dieses Werkstück mit einem Profil beziehungsweise Muster zu versehen, gibt es zwei Methoden: Das Rändelformen und das Rändelfräsen. Beide Methoden unterscheiden sich in der Art und Weise, wie die Oberfläche mit dem gewünschten Muster versehen wird.
Rändelformen
Das Rändelformen wird auch als Rändeldrücken bezeichnet. Der Name lässt es vermuten: Das Profil wird in das Werkstück „eingedrückt“. In der Praxis wird dazu ein gehärtetes Werkzeug verwendet, das bereits mit dem zu erzeugenden Profil versehen ist – das Rändelrad. Dieses Rändelrad wird auf die Oberfläche des Werkzeugs gedrückt, wodurch sich das Material auf der Oberfläche verdichtet, verformt und das gewünschte Muster annimmt. Es handelt sich also um ein Kaltumformung eines metallischen Werkstoffs, bei der kein Material abgetragen wird (spanlos). Allerdings erhöht sich beim Rändelformen der Durchmesser, da der verdrängte Werkstoff „nach außen fließt“. Mit der folgenden Formel können Sie den entstehenden Durchmesser einfach berechnen:
Enddurchmesser = Anfangsdurchmesser + (X*t)
Dabei ist t die Teilung, also der Abstand zwischen zwei Spitzen im Profil. X ist ein Wert, der von der Rändelform abhängt, also der Kontur des Rändelrads. Dieser Wert kann aus einer Tabelle abgelesen werden.
Ein Beispiel: Ein Werkstück hat einen Ausgangsdurchmesser von 50 mm. Die Teilung beträgt t = 0,8 mm und der X-Wert der Rändelform liegt bei 0,5 (Linksrändel, Form BL). Der Enddurchmesser berechnet sich dann zu:
Enddurchmesser = 50 mm + (0,5 mm * 0,8) = 50,4 mm
| Rändelform | Wert X |
|---|---|
| Achsparallel, Form AA | 0,5 |
| Linksrändel, Form BL | 0,5 |
| Rechtsrändel, Form BR | 0,5 |
| Kreuzrändel, Spitzen erhöht, Form KE | 0,67 |
| Kreuzrändel, Spitzen vertieft, Form KV | 0,33 |
| Links-Rechtsrändel, Spitzen erhöht, From GE | 0,67 |
| Links-Rechtsrändel, Spitzen vertieft, Form GV | 0,33 |
Schritt-für-Schritt-Anleitung für das Rändelformen
Die technischen Parameter und Vorgaben zum Rändeln sind in der Norm DIN 403 zu finden – darauf wollen wir hier nicht näher eingehen, sondern einige hilfreiche Tipps aus der Praxis mit auf den Weg geben.
1. Werkstück überdrehen: Da sich der Durchmesser beim anschließenden Rändeln vergrößert, muss das Werkstück zunächst auf einen kleineren Durchmesser gedreht werden. Dieser Wert kann mit der Formel oben berechnet werden. In der Praxis ist es aber häufig hinreichend genau, das Werkstück 0,3 bis 0,5 mm dünner als den gewünschten Durchmesser zu drehen.
2. Rändelwerkzeug einspannen: Das Rändelwerkzeug wird nun in den Werkzeughalter eingebaut– bei Rändelwerkzeugen mit einem Rad sollte dieses mittig positioniert werden. Praxistipp: Durch eine leichte Schrägstellung des Rändelwerkzeugs lässt sich vermeiden, dass sich vor der Rändelung ein Wulst bildet.
3. Rändelwerkzeug andrücken: Das Werkzeug wird nun an das Werkstück angedrückt. Tipp: Für eine saubere Rändelung im Randbereich zunächst nur mit der halben Rolle andrücken.
4. Drehmaschine anschalten und Rändelung testen: Die Maschine wird nun angeschaltet, dabei ergeben sich die Bearbeitungsparameter aus den einschlägigen Tabellenwerken. Tipp: Drücken Sie die Rolle zunächst nur mit halber Kraft an, da noch nicht die komplette Rollenbreite anliegt. Prüfen Sie dann das optische Ergebnis und bewerten Sie, ob die Profilspitzen schön ausgeprägt sind. Gegebenenfalls das Rändeln nochmal wiederholen, bis das Ergebnis passt.
5. Maschine mit Vorschub laufen lassen: Laut Lehrbuch sollte die Maschine mit der „halben Rollenteilung“ Vorschub laufen – bei 1 mm Teilung also 0,5 mm Vorschub. In der Praxis bieten sich aber häufig geringere Werte an. Tasten Sie sich langsam heran.
6. Schmieren und Kühlen: Beim Rändeln entsteht durch das Aufpressen des Werkzeugs viel Reibung. Damit das Werkzeug gleichmäßig über das Werkstück gleitet und die gewünschte Oberflächenstruktur erzeugt, sollte Schmiermittel eingesetzt werden. Dieses reduziert auch gleichzeitig die Wärmeentwicklung. Für die Schmierung beziehungsweise Kühlung des Rändelprozesses bietet sich bei Messing und Alu eine Kühlemulsion an. Bei Stahl ist Schneidöl zu empfehlen, dieses muss allerdings im Anschluss aus der Rändelung entfernt werden.
7. Maschine ausschalten: Schalten Sie am Ende des Rändelns die Maschine und den Vorschub aus und fahren dann erst das Rändelwerkzeug weg. Nach der Entfernung des Schneidöls zeigt sich das gerändelte Werkstück dann in seiner ganzen Schönheit.
Rändelfräsen
Auch beim Rändelfräsen spricht der Name für sich: Das gewünschte Muster wird in die Oberfläche des Werkstücks eingefräst. Dabei kommt, wie beim Rändeldrücken, ebenfalls ein Rändelrad zum Einsatz – dieses weist allerdings scharfkantige Zähne auf, die Material aus der Oberfläche abschaben und dem Werkstück so die gewünschte Profilierung verleihen. Es handelt sich also um ein spanendes Oberflächenverfahren.
Das Ergebnis ist eine besonders präzise Profilierung mit sehr hoher Oberflächengüte. Das Rändelfräsen kommt daher bei Anwendungen zum Einsatz, bei denen die Anforderungen an die Profilqualität hoch sind.
Schritt-für-Schritt-Anleitung für das Rändelfräsen
Beim Rändelfräsen kommen je nach gewünschter Profilierung verschiedene Rändelwerkzeuge zum Einsatz. Für Flach- und Spiralprofile eignen sich Werkzeuge mit einem Rändelfräser, bei gewünschter Kreuz- oder Fischhautmusterung sind zwei Rändelfräser erforderlich.
| Rändelart | DIN 82 | Werkzeug | Rändelfräser | ||
|---|---|---|---|---|---|
| Spiralrändel |  | RBL / RBR | A/FL | nach Bedarf |  |
| Flachrändeln |  | RAA | A/FL | 30° L / 30° R | |
| Kreuzrändel |  | RKE | A/FK | 15°L + 15° R |  |
| Fischhauträndel |  | RGE | A/KF | 1 x 90° |
1. Vorarbeit: Das Werkstück wird in die Drehmaschine eingespannt und sollte am Rändelstart Ende leicht mit einer 30° oder 45° Fase , um den Einstieg mit dem Rändelfräser zu erleichtern. Das Drehteil sollte eine maximale Unrundheit von 0,03 mm aufweisen.
2. Auswahl des Rändelfräsers: Das Rändelrad weist – je nach gewünschter Profilierung – eine bestimmte Verzahnung und Neigung auf. Bei einer Flachrändelung bietet sich beispielsweise ein um 30 Grad geneigter Rändelfräser an. Dieser kann wahlweise links- oder rechtsspiralig verzahnt werden. Tipp: Bei der Auswahl eines Rändelfräsers Rücksprache mit dem Hersteller halten.
3. Montage des Rändelfräsers: Der Fräser wird nun auf der Werkzeugaufnahme montiert. Er sollte sich im montierten Zustand spielfrei drehen können.
4. Werkzeug einstellen: An der konventionellen Drehmaschine ist der Schaft des Werkzeugs nun so einzustellen, dass er sich genau auf der Spitzenhöhe des Drehteils befindet.
5. Fräser am Werkstück ausrichten: Der Fräser sollte parallel zum Werkstück ausgerichtet sein. Ähnlich wie beim Rändelformen gilt: Ein leichter Vorschnitt von 1 bis 2 Grad sorgt für ein besseres Ergebnis. Der Fräser sollte bei Beginn zudem nicht mit der ganzen Fläche aufgesetzt werden. Er kann wahlweise an der erzeugten Fase zugestellt werden oder zunächst auf einer Breite von bis zu 1,5 mm aufliegen – in diesem Fall sollte die Zustellung auf die gewünschte Profiltiefe in dieser Breite zügig erfolgen. Eine einfache Formel zur Berechnung der Profiltiefe ist unten angegeben.
6. Das Rändeln: Der Rand des Werkstücks sollte während einer Verweildauer von 2 bis 3 Sekunden gerändelt werden, anschließend wird der Vorschub eingeschaltet. Dabei gilt: Je gröber die Teilung, desto geringer sollte der Vorschub sein. Spätestens jetzt sollte zudem Kühlmittel beziehungsweise Schmieröl zum Einsatz kommen. Tipps:
- Bei langen Werkstücken kann eine mitlaufende Körnerspitze zur Unterstützung zum Einsatz kommen.
- Den Abdruck des Profils auf dem Vordrehdurchmesser prüfen (⅓ der Rollenbreite).
- Der Startpunkt in X-Richtung sollte immer am Material liegen, nicht vor dem Bauteil.
7. Vermessung: Zur Überprüfung des Ergebnisses kann eine Einstelllehre verwendet werden. Diese wird anstelle des Rändelfräsers auf dem Fräserträger montiert. Tipp: Wenn die erzeugte Spur nicht ganz parallel zur Achse des Werkstücks erfolgt, muss das Werkzeug entsprechend korrigiert werden – dazu befindet sich am Werkzeug eine Spindel zur Verstellung des Fräskopfes.
Tipp: Oft erzielt man in der Praxis das gewünschte Ergebnis erst nach mehreren Durchgängen. Dabei ist darauf zu achten, die Rändelfräser stets auf der Fase beziehungsweise an der Startspur am Ende des Werkstücks zuzustellen.
Formel zur Berechnung der Profiltiefe:
Profiltiefe = Zahntiefe +0,1 mm +- 0,05 mm
Beispiel: Bei einer Teilung von 1 mm und 90 Grad Flankenwinkel ergibt sich eine Zahntiefe von 0,5 mm. Die Profiltiefe beträgt dann
0,5 mm + 0,1 mm +-0,05 mm
=0,6 mm +- 0,05 mm
Rändelformen vs Rändelfräsen – Wann eignet sich welches Verfahren?
Das Rändelformen hat sich als kostengünstiges Verfahren für viele Anwendungen mit einem moderaten Anspruch an die Oberflächengüte bewährt. Es ist einfach durchzuführen, erzielt gute Ergebnisse und hat positive Auswirkungen auf bestimmte Werkstoffeigenschaften. Eine Anwendung ist allerdings nur bei robusten Werkstoffen möglich, da große Kräfte wirken. Bei Rohren ist das Rändeldrücken beispielsweise keine gute Option.
Das Rändelfräsen erzielt durch den präzisen Spanabtrag hervorragende Ergebnisse in puncto Oberflächengüte und Genauigkeit. Da keine hohen Drücke angelegt werden, ist das Verfahren zudem auch für dünnwandige Werkstücke wie Rohre verwendbar. Auch bei Materialien wie Aluminium und anderen weichen Werkstoffen erzielt das Rändelfräsen eine sehr gute Oberflächenqualität.
Zu guter Letzt noch ein wichtiger Praxistipp: Das Rändeln an der konventionellen Drehmaschine ist ein Fertigungsverfahren, das viel Übung und Geschick erfordert. Seien Sie daher nicht frustriert, wenn das Ergebnis beim ersten Mal noch nicht passt. Mit ein wenig Übung wird die Rändelung immer besser.