Schärfen für Experten (oder die es werden wollen)

Warnung: hier wird es sehr technisch. Ich habe versucht mich so einfach wie möglich auszudrücken, Experten in der Metallverarbeitung mögen mir verzeihen.

Noch eine Bemerkung am Rande. Die Meinungen zum Schärfen von Schnitz- bzw. Bildhauerwerkzeugen gehen stark auseinander. Jede Methode, egal ob Hand- oder Maschinenschleifen, bedarf einiger Übung. Metallschleifer haben nicht umsonst eine Lehrzeit von 2 Jahren!
Ich möchte hier keine Empfehlung für irgendein System machen, sondern versuchen, die jeweiligen Vor- bzw. Nachteile aufzuzeigen. Entscheiden Sie schließlich selbst, was Ihren Wünschen am nächsten kommt
Bedenken Sie bitte auch: Schleifmaschinen sind wie jede Maschine eine Gefahrenquelle! Arbeiten Sie nur mit Schutzbrille, beachten Sie die Hinweise in der Bedienungsanleitung und achten Sie besonders in der Holzwerkstatt auf den Funkenflug (Brandgefahr!).

Was passiert eigentlich beim Schneiden des Holzes?

	In diesem Bild sehen Sie wie ein korrekt geschärftes Eisen die Holzfasern schneidet. Das Eisen staucht die Fasern nur gering, der Kraftaufwand beim Schneiden ist ebenfalls gering. Es entsteht eine saubere Fläche. Das Eisen lässt sich sehr gut führen.
	Wenn der Keilwinkel der Schneide zu gross ist, werden die Fasern stark gestaucht. Sie benötigen mehr Kraft. Es bleibt eine Fläche mit teilweise zerrissenen Fasern. Die Schnittfläche franst aus und sieht nicht glatt aus.
	Ein stumpfes Eisen treibt wie ein Keil in das Holz, die Holzfasern werden nicht geschnitten, sondern zerrissen. Das Holz wird durch den Keil sehr tief gestaucht, dadurch brechen die Fasern bevor sie geschnitten werden. Die entstandene Fläche ist rauh. Sie benötigen sehr viel Kraft. Das Eisen lässt sich sehr schlecht führen.

Unterschiedliche Schneidtechnik:

Haben Sie schon mal einen steilen Berg bestiegen? Dabei sollten Sie eine wichtige Erfahrung gemacht haben. Gehen Sie den kürzesten Weg, so benötigen Sie viel Kraft um zum Ziel zu gelangen. Gehen Sie aber schräg vom Bergfuss zum Gipfel, so laufen Sie zwar länger, brauchen aber weniger Kraft. Fast so, als ob der Berg flacher währe.
Das selbe Prinzip existiert auch beim Schnitzen.

	Wird das Eisen in eine Richtung (blauer Pfeil) geschoben, muss es mit viel Kraft die Faser durchtrennen. Der rote Pfeil zeigt den Weg, den das Eisen durch die Holzfaser geht. Der Weg ist kurz aber steil!
	Schieben Sie das Eisen gleichzeitig nach vorne und zur Seite, so ist der Weg länger, aber flacher. Fast so, als ob Ihre Fase viel flacher geschliffen währe als sie ist. Sie benötigen weniger Kraft. Gleichzeitig erzielen Sie einen saubereren Schnitt!

Aus den vorangegangenen Erklärungen erkennen Sie zwei Dinge. Erstens wie wichtig die Schärfe Ihrer Schnitzmesser ist.
Nur durch wirklich rasiermesserscharfe Schneiden können gute Schnitzereien entstehen.
Zweitens je flacher die Fase, desto besser der Schnitt. Aber das funktioniert nur solange, wie die Schneide nicht durch das Holz verbogen bzw. beschädigt wird. Schliesslich ist das Metall an der Schneide extrem dünn. Damit erklärt sich auch warum bei hartem Holz die Fase steiler bzw. der Schneidenwinkel stumpfer (bis 30-35 Grad) sein muss.
Der Scheidenwinkel ist immer ein Kompromiss zwischen der Schnitthaltigkeit des Eisens und der Härte des zu bearbeitenden Holzes.

Ein scharfes Messer hinterlässt eine glänzende Schnittfläche. Sollte das nicht der Fall sein, liegt es mit 99 %iger Sicherheit nicht am Holz, sondern an der Schärfe, dann erst an der Schneidengeometrie (Winkel, Form) und zu allerletzt am Holz!

Hier möchte ich mal etwas ausführlicher erklären wieso ein Schnitzmesser stumpf wird.
Beim Schneiden durch das Holz brechen winzige Teile aus der Schneide und diese stumpft dadurch ab.
Warum ist das so?
Der Stahl besteht aus einem kristallinen Gefüge, dh. die Atome ordnen sich beim Abkühlen der Stahlschmelze würfelförmig an. Da man Stahl nicht gleichmässig erstarren lassen kann, entsteht ein mehr oder weniger festes Gefüge. Durch verschiedene Wärmebehandlungen und durch das Schmieden kann das Gefüge beeinflusst werden. Durch Zusätze von z.B. Kohlenstoff, Molybdän, Chrom und Vanadium können die Eigenschaften des Stahl verändert werden, hier spricht man jetzt von legierten Stählen. Es gibt ca. 2000 verschiedene Stahlsorten, die sich durch ihre chemische Zusammensetzung unterscheiden.

Uns interessieren aber nur die Werkzeugstähle.
Diese zeichen sich aus durch: Verschleissfestigkeit, Zähigkeit und grosse Härte.
Schnitzeisen bestehen aus Stahl mit einen recht grossen Anteil an Kohlenstoff. Dieser macht den Stahl hart. Kohlenstoffhaltiger Stahl ist beim schleifen durch helle Funken zu erkennen, zusätzlich entstehen kleine "Sterne". Das sind sg. Kohlenstoffexplosionen. Geübte Metaller können anhand des Funkenbilds den Kohlenstoffgehalt und auch andere Legierungsstoffe erkennen. Wer genaueres wissen möchte sollte hier auf die einschlägige Fachliteratur zurückgreifen.

Durch das Schmieden des Stahls wird nicht nur seine Form verändert sondern auch ganz wesentlich das Gefüge des Metalls. Geschmiedet wird bei Temperaturen zwischen 950 und 1250 Grad Celsius. Das Gefüge wird verdichtet und verzahnt sich stärker. Der Stahl bekommt eine grössere Zähigkeit. Der nächste wichtige Punkt in der Herstellung ist das Härten. Je nachdem wie schnell oder wie langsam das Abkühlen stattfindet, ändern sich die Eigenschaften des Metalls. Je schneller das passiert, desto härter wird der Stahl. So hart, das er wie Glas brechen kann. Um einen Teil dieser Sprödigkeit aus dem Material zu nehmen wird es entspannt. Das nennt man Anlassen. Das Metall wird wieder erwärmt (unter ca. 700 Grad Celsius). Je wärmer der Stahl wieder wird, desto weicher und zäher wird er. Beim Erwärmen zeigen sich die s.g. Anlassfarben. Das Anlassen findet bei Temperaturen zwischen 200 bis 360 Grad Celsius statt. Die Farben gehen wie ein Regenbogen von hellgelb - rot - violett - blau - grau. Bei ca. 300 Grad kommt es zu einer Erscheinung die man Blauversprödung nennt. Dieser Punkt ist für unser Hobby sehr wichtig. Wird ein Schnitzeisen beim Schleifen so heiss, dass es blau anläuft, ist die Härte des Eisens hin. In diesem Fall muss der gesamte blau angelaufene Teil abgeschliffen werden um wieder in hartes Material zu kommen. Dazu später mehr.

Jetzt haben wir die Grundlage um zu verstehen, warum das Schleifen und Schärfen nicht ganz so einfach ist.

Die Geometrie der Schneide spielt auch eine grosse Rolle. Schleifen wir die Schneide zu spitzwinkelig an, bricht das Material an der Spitze ab und hinterlässt eine unregelmässige Struktur. Durch die grobe Struktur der Bruchkante, trennt die Schneide das Holz nicht mehr sauber, sondern zerreisst die Fasern. Das Eisen wirkt stumpf.
Ist der Schneidenwinkel zu gross wirkt das Eisen ebenfalls stumpf. Die Holzfasern werden nicht geschnitten sondern zerdrückt, weiche Holzfasern sind elastisch und geben nach, bis sie schliesslich zerreissen. Der "richtige" Schneidwinkel ist ein Kompromiss zwischen der Härte und Zähigkeit des Stahls (damit er nicht bricht) und der Schärfe bzw. Kraft die ich brauche um eine Holzfaser sauber zu trennen.
In der Praxis haben sich Schneidenwinkel von ca. 20 Grad für weiche Hölzer, bis ca. 30 Grad für harte Hölzer bewährt. Diese Winkelangaben sind Richtwerte. Ob mit oder ohne Maschinen können Sie nur den ungefähren Winkel erreichen. Niemand kann ein Eisen mit der Hand auf 1 Grad genau schleifen! Was aber auch für die Arbeit nicht nötig ist.

Nun merken Sie anhand der Beschreibung wieviel Knowhow hinter einem Schnitzmesser steht. Gute Eisen haben eine lange "Standzeit", d.h. man kann relative lange arbeiten, bevor wieder geschärft werden muss. Zur Produktion solcher Messer wird nicht nur ein guter Stahl, sondern auch viel Gefühl und Wissen für das Schmieden und Härten benötigt. Daher auch der hohe Preis für ein solches Qualitätswerkzeug.

Anhand der folgenden Bilder möchte ich den Unterschied zwischen Abziehen und Schleifen erklären.

1. ist eine korrekt mit 20 Grad geschliffene Schneide. 2. ist eine durch das Schnitzen abgestumpfte Schneide. Sie wird rund. 3. die Schneide wird durch Abziehen neu geschärft. Der Schneidenwinkel vergössert sich. 4. nach mehrmaligem Abziehen wird der Winkel schliesslich immer stumpfer.

Wenn das Eisen durch das häufige Abziehen einen immer grösseren Schneidenwinkel erhält, ist es zwar noch scharf, aber der grössere Winkel erfordert immer mehr Kraft beim Schneiden. Bald ist ein Punkt erreicht an dem nachgeschliffen werden muss. D.h. die Schneide muss über die gesamte Fläche wieder einen gleichmässigen Winkel erhalten. Dann beginnt das ganze Spiel von neuem. Abziehen heisst also, geringste Mengen Material abnehmen um eine scharfe Schneide zu erhalten. Schleifen bedeutet die Schneide neu formen durch grösseren Materialabtrag. In Abb.1 sehen Sie ein korrekt geschärftes Eisen. In Abb. 2 ist der Schneidenwinkel durch das häufige Abziehen grösser geworden. Das Eisen muss immer steiler angesetzt werden um noch ins Holz zu schneiden. Sie benötigen mehr Kraft, das Eisen ist schlechter zu kontrollieren.

Was passiert beim Schleifen?

Eigentlich ganz einfach. Wir müssen versuchen die Schneide so fein und glatt wie möglich zu gestalten. D.h. das Kristallgitter so bearbeiten, dass die kleinst- bzw dünnstmögliche Kante entsteht, die die Schneide darstellt.
Durch ein Material, das in der Regel härter als unser Stahl ist, werden kleinste Stücke aus dem Metallgefüge entfernt. Das kann durch elektrische Schleifgeräte, von Hand durch Abziehsteine, Schleifpapier oder Diamantschärfplatten passieren. Die Schleifmittel besitzen auch ein Gefüge, in dem z.B. Granatsplitter oder Diamantsplitter sitzen. Diese haben scharfe Kristallkanten, die Teile aus dem Stahlgefüge reissen können. Natürlich nutzen auch unsere Schleifmittel ab. Damit ständig neue, scharfe Kanten zur Verfügung stehen wird eine Flüssigkeit wie Öl oder Wasser auf z.B. einen Abziehstein gegeben, damit die Metallteile und stumpfe Schleifkörner weggespült werden. Schleifmittel gibt es in verschiedenen Stärken. Das nennt man Körnung. Je kleiner der Wert, desto gröber das Schleifmittel. Grobe Schleifmittel haben z.B. Körnung 40, feine können bis Körnung 10000 und mehr gehen. Es gibt natürliche Schleifmittel (Steine) wie Arkansas, belgischer Brocken oder Sandstein. Um technische Probleme der Natursteine zu Umgehen werden natürliche Schleifmittel wie z.B. Korund, Edelkorund oder Silicium-Carbid keramisch oder mit Kunstharzen gebunden und als Schleifsteine oder Schleifpapier vermarktet.

Die Schleifmittel müssen aber nicht immer härter als der Stahl sein. Sonst würde das Holz beim Schnitzen den Stahl nicht abstumpfen. Selbst Papier stumpft Stahl ab, kann ihn aber auch schärfen. Es gibt Personen, die ziehen Ihre Messer auf einem Stück harter Pappe ab. Auch das funktioniert!

Die folgenden Bilder sollen verdeutlichen was beim Schleifen passiert und sind stark übertrieben dargestellt. Die Feinheit einer Schneide kann man nur unter einem Rasterelektronenmikroskop sehen.

	Wenn Sie ihr Eisen mit groben Schleifmitteln bearbeiten bleibt auch eine grobe Schneide zurück. Sie besteht aus einer Vielzahl von unregelmässigen Spitzen und Zacken, diese haben Ähnlichkeiten mit den Zähnen einer mikrofeinen Säge. Die Schnittfläche ist entsprechen rauh und die Schneide verliert schnell ihre Schärfe. Ein solcher Schliff ist überigens für Tomatenmesser ideal. Auf Holz würde eine zerkratzte Oberfläche zurück bleiben.
	Je feiner das Schleifmittel wird umso mehr kommen wir in den Bereich der für uns so wichtig ist. Eine Mikrofeine, annährend glatte Schneide.
	Um der Schneide den letzten Biss zu geben wird diese abgezogen. Die Fase und die Schneide ist dann poliert. Der während des Schleifens entstandene Grat wird abgetragen und durch feinste Poliermittel bleibt eine ganz feine, für das Auge unsichtbare Schneidkante zurück. Diese ist nur unter dem Elektronenstrahlmikoskop zu sehen. Wenn wir es nun schaffen, das der Schneidenwinkel über die gesamte Fase gleichmässig in der Schneide ausläuft, dann haben wir die ideale Schneide. Aber das ist Wunschdenken. In der Praxis erreicht man vielleicht nur eine ca. 75 Prozentige Annäherung. Kleinste Winkelabweichungen, unterschiedlich dicke Klingen, ungleichmässige Führung beim Schleifen, alles das und noch ein bisschen Voodoo verhindern es, dass man den Idealzustand wirklich erreicht. Der Voodoo-Faktor ist zum Teil auch Ihre Geschicklichkeit und Feinmotorik. Hier hilft nur viel üben!

Hier sehen Sie was beim maschinellen Trockenschleifen passieren kann. Bild 1; das zu schärfende Eisen. Bild 2; das Material dehnt sich aufgrund der Reibungshitze aus. Da die Schneide der dünnste Teil des Eisens ist, kann die Wärme nicht schnell genug abgeführt werden. Darum in Wasser abkühlen! Bild 3; das Eisen wird in Wasser abgekühlt. Die Schneide zieht sich stark zusammen, da hier die Hitze am schnellsten abgegeben wird. Je dicker das Material wird, desto langsamer kühlt es aus (Hitzespeicher). Bild 4; es können Mikrorisse im Material entstehen. Dadurch kann die Schneide schneller abstumpfen. Bild 5 und 6; Damit möglichst wenig Hitze entsteht verwendet man grobe Schleifscheiben. Je gröber diese sind, umso tiefere Riefen bleiben überig. Da diese bis in die Schneide führen, entstehen wieder Stellen an denen die Schneide geschwächt wird. Bild 6 zeigt eine stark vergrösserte Schneide. So kann man sehen wie sich die Riefen auswirken. Wie Sie jetzt bestimmt richtig denken: diese Riefen müssen minimiert werden. Das geht nur durch Abziehen auf einem feinen Stein oder einer Schwabbelscheibe. Je polierter die Fläche, desto schärfer und schnitthaltiger ist die Schneide.

Da beim Schleifen immer durch Reibung verschiedener Materialien auch Wärme entsteht, ist hier Vorsicht geboten.
Man kann hier nur Kompromisse eingehen. Es gibt keine wirkliche Lösung!
Wie ich oben bereits beschrieben habe, wird durch Wärmebehandlung die Härte des Stahl gesteuert. Beim Handschleifen auf einem Abziehstein kann nur durch ungewöhnlich hohen Kraftaufwand, bzw. hohen Druck eine Schneide überhitzen. Durch Öl oder Wasser wird nicht nur das abgeschliffene Material abgespült, sondern auch die Schneide gekühlt.

Beim Maschinenschleifen können sehr schnell hohe Temperaturen entstehen. Durch schnell drehende Maschinen und zu hohen Anpressdruck, glühen die Schneiden schnell aus (werden blau).
Ich würde Ihnen Raten, zuerst händisch zu Schärfen und dann erst mit maschineller Hilfe. Ich denke nur so, kann man ein Gefühl für den richtigen Fasenwinkel erhalten und versteht auch die Zusammenhänge besser. Ungeübte können auf Maschinen sehr schnell die Eisen so verschleifen, das ein kompletter Neuanschliff nötig ist. Beim händischen Schleifen wird nur sehr wenig Material abgetragen, was sehr Werkzeugschonend ist und Sie haben immer den Schleifvorgang unter Kontrolle.
Mehr zum maschinellen Schleifen unter: Maschinen-Schärfen.