Rasenmähermesser-Schärfautomat F33", Bild: Franzen

Für den präzisen Schliff: Der Rasenmähermesser-Schärfautomat F33" von Franzen bei der Arbeit. Mit dabei: Torquemotoren von Hiwin. Bild: Franzen

Viele erfolgreiche Erfindungen und Geschäftsmodelle basieren auf Ideen, die zunächst als technisch schwer realisierbar, zu aufwendig und damit als unwirtschaftlich abgetan wurden. Auch das Schärfen von Rasenmähermessern hat einige Tücken und bedarf einiges Einfallsreichtums: Abhängig vom Fabrikat besitzen die Messer sehr unterschiedliche Geome­trien, die ein manuelles Schärfen zur zeitraubenden Angelegenheit machen. Erfolgt der Schliff der Schneiden jedoch nicht präzise im richtigen Winkel oder mit einem zu geringen Materialabtrag, um Scharten vollständig zu entfernen, werden die Grashalme nicht sauber geschnitten, sondern angerissen – mit der Folge eines bräunlich werdenden Rasens. Was für Gärtner ärgerlich ist, war für Johannes Franzen, Geschäftsführer von Franzen Maschinen, eine Herausforderung.

Seit 1983 leitet der Maschinenbauingenieur das 1885 als Hufschmiede gegründete Familienunternehmen und hat den Betrieb, der sich im Laufe seines Bestehens auf die Fertigung von landwirtschaftlichen Geräten konzentriert hat, zu einem Spezialisten für Schärftechnik weiterentwickelt.

Einspannvorrichtung auf die Welle des Torquemotors, Bild: Franzen
Die Einspannvorrichtung in dem Schärfautomaten ist auf die Welle des Torquemotors aufgeflanscht und wird im Betrieb gegen den Schleifteller geneigt. Die zylindrischen Körper links und rechts auf der Welle sind die Gegengewichte. Bild: Franzen

Bei der Entwicklung seines Rasenmähermesser-Schärfautomaten verfolgte das Unternehmen den Ansatz, eine vierachsige Bearbeitungszelle zu konstruieren, in der das Messer von einer zweiachsig gesteuerten Einspannvorrichtung gegen den Schleifteller geführt wird. Während der Schleiftellerantrieb oberhalb des eingespannten Messers auf einer Spindel in x-Richtung – entlang der Schneiden – verfahren werden kann und in z-Richtung auf die Schneiden abgesenkt wird, sollte die zweiachsig schwenkbare Messereinspannvorrichtung die Schneiden im richtigen Winkel zur Schleifscheibe positionieren. „Es ging uns darum, eine Positionierlösung ohne erhöhten Konstruktionsaufwand zu finden, die auf möglichst einfache Weise eine vertikale und eine horizontale Rotationsbewegung kombinieren kann“, berichtet Franzen.

Durch die horizontale Drehung des Messers um 180 Grad ist der Automat im Stande, beide Schneiden des Messers in einer Aufspannung zu schärfen. „Ich dachte an eine Lösung mit zwei Torquemotoren, von denen einer in waagerecht montierter Position als Rundtisch dient. Der andere Motor sollte in senkrechter Position auf den Tisch montiert und auf seine Welle die Einspannvorrichtung für das Messer achsparallel angeflanscht werden, sodass die Rotation der Welle das Messer gegen die Schleifscheibe neigt,“ so Franzen. „Diese Lösung kommt ohne Getriebe aus und bietet daher klare Vorteile: Spielfreiheit, Systemvereinfachung und dadurch weniger Aufwand und niedrigere Kosten.“

Getriebelose Rundtische

Rundtisch TMS 34, Bild: Hiwin
Der Rundtisch TMS 34 von Hiwin bietet ein Dauermoment von 20 Newtonmetern und ein Spitzenmomente von 60 Newtonmetern. Bild: Hiwin

Auf der Suche nach Antrieben, die für diesen Aufbau geeignet waren, wurde Franzen erst bei Hiwin fündig. Die Vertriebsingenieure empfahlen ihm, Rundtische der Baureihe TMS zu verwenden. Die direkt angetriebenen und damit getriebelosen Rundtische zeichnen sich durch Spielfreiheit und hohe Dynamik aus. Die steife Verbindung von Motor und Last sowie eine hochwertige Servoantriebsregelung sorgen für eine hohe Gleichförmigkeit der Bewegung und sehr gute Beschleunigungseigenschaften. Dabei ermöglicht die Hohlwellenausführung der Motoren eine problemlose Durchführung von Kabelsystemen oder auch Mechaniken.

Für den horizontal drehenden Antrieb wählte Franzen das Modell TMS 34 mit einem Außendurchmesser von 200 Millimetern und einer Bauhöhe von 150 Millimetern, das ein Dauermoment von 20 und Spitzenmomente von 60 Newtonmetern bietet. Beim darauf platzierten Antrieb, der die Einspannvorrichtung trägt, fiel die Wahl auf das kleinere Modell TMS 16 mit 150 Millimetern Außendurchmesser und einer Bauhöhe von 140 Millimetern. Der Rundtisch bringt ein Dauermoment von 15 Newtonmetern und kurzzeitige Spitzenmomente von 45 Newtonmetern auf.

Hanteln heben statt Armdrücken

Schärfautomat Franzen F33", Bild: Franzen
Der Schärfautomat Franzen F33" eignet sich für alle Arten von Rasenmähermessern zudem ermöglicht er die Schärfung von Mulch- und Schlegelmessern. Bild: Franzen

Zunächst wurde die Konstruktion an einem Modellaufbau getestet. Doch dabei zeigte sich, dass die Torquemotoren durch das hohe Moment, das sie beim Andrücken der Schneiden gegen die Schleifscheiben aufzubringen hatten, nicht die Geschwindigkeit erreichten, die Franzen für seine Anwendung geplant hatte.

Die Verwendung noch leistungsfähigerer Torquemotoren stellte jedoch keine Option dar, da größer dimensionierte Motorenabmessungen umfangreiche Konstruktionsänderungen erforderlich gemacht und die Kosten für den Automaten erhöht hätten. Das Vertriebsteam des Antriebsherstellers lieferte den entscheidenden Tipp. „Nachdem die Ingenieure das Problem analysiert und durchdacht hatten, empfahlen sie mir, das Moment, welches der Torquemotor zur Führung der Schneide gegen die Schleifscheibe aufzubringen hatte, durch Gegengewichte zu reduzieren“, beschreibt Franzen. „Um es mal etwas salopp und nicht ganz korrekt auszudrücken, sind wir damit in kinetischer Sicht vom Armdrücken aufs Hantelheben umgestiegen.“

Ursprünglich musste der Torquemotor für die achsparellele Rotation der Einspannvorrichtung die vollen anfallenden Hebelmomente aufbieten. Durch den integrierten Gewichtsausgleich benötigt er dafür nur noch das halbe Drehmoment. Also wurden Metallwalzen mit exzentrischen Bohrungen, die auf der Welle ein Gegengewicht zu der auf der Welle angeflanschten Einspannvorrichtung bilden, angefertigt.

Kleine Änderungen, große Wirkung

Das Ergebnis: ein Schärfautomat für alle Arten von Rasenmähermessern, der sich zudem auch zur Schärfung von Mulch- und Schlegelmessern eignet. Die Messergeometrien verschiedenster Fabrikate werden von einer Messerdatenbank gespeichert und nach Abruf für den automatischen Schleifprozess genutzt, bei dem die Messer nicht nur geschärft, sondern auch ausgewuchtet werden. Kurze Rüstzeiten von rund 30 Sekunden und die rasche, effiziente Bearbeitung der Schneiden bieten dabei eine enorme Zeitersparnis, zumal der Betrieb der Maschine keiner Überwachung bedarf.

Technisch kompetente Beratung ist bei weitem nicht alles – ebenso wichtig ist, dass der Vertrieb zunächst auch überraschend klingenden Ideen aufgeschlossen gegenüber steht, die Erfolgsaussichten objektiv bewertet und sich bei positiver Einschätzung auch begeistern lassen kann.jl