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19 january 2016 |
Oberflächen POLYSURFACES 05/2015 |
Traitements mécaniques
Zuverlässige Entgratung von Kurbelwellen
«Es gibt zwei Konzepte zum Entgraten von Kurbelwellen. Das eine ist werkstückgeführt, das andere werkzeuggeführt. Beide Verfahren führen zum gleichen Ergebnis. Somit entscheidet die Produktionsphilosophie des Herstellers, wer welches Verfahren einsetzt», umreisst Holger Merkt, Leiter Anwendungstechnik bei SHL. Bei der werkstückgeführten Variante nimmt der Roboter das Bauteil auf und führt es zu den verschiedenen Bearbeitungsstationen. In der werkzeuggeführten Version ist die Kurbelwelle stationär in eine Aufnahme gespannt, und das Teil wird mit Werkzeugen bearbeitet, die der Roboter mit sich führt. Die Qualität ist dieselbe.
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Bei der werkzeuggeführten Variante wird das Werkstück in eine Spannvorrichtung gelegt, und der Roboter bearbeitet es anschliessend mit Werkzeugen.
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Werkzeuggeführten Variante
Die Kurbelwelle wird als rotationssymmetrisches Teil bei der werkzeuggeführten Variante in der SHL-Anlage über Spitzen und Backen in eine Aufnahme gespannt. Die radiale Ausrichtung erfolgt mit einer Genauigkeit von 0,25 Grad. Zur Bearbeitung des Werkstücks wird eine mit Druckluft betriebene Luftspindel eingesetzt. «Diese hat den Vorteil, dass sie sich frei bewegen kann. Das ist wichtig, weil wir nicht wissen, wo die Grate sitzen», beschreibt Holger Merkt. «Zudem sind die Grate von der Form her unterschiedlich. Durch die Flexibilität der Spindel erreichen wir zum Entgraten alle Stellen am Bauteil zuverlässig.»
Die Anlage weist eine weitere Besonderheit auf. Die Kurbelwelle wird durch eine Achse gedreht, die als siebte Roboterachse direkt angesteuert wird. Somit fährt der Roboter seine Bahn ab, und die Kurbelwelle wird zusätzlich bewegt. Gemeinsam mit der Luftspindel stellt SHL sicher, dass alle Bereiche der Kurbelwelle bearbeitet werden können. Die siebte Achse wird direkt vom Roboter angesteuert, eine externe Lösung mit allfälligen Schnittstellenproblemen entfällt. Das Entfernen der Sekundärgrate am Bauteil ist im übertragenen Sinn eine gründliche Reinigung. Sie sorgt dafür, dass sich später im Fahrzeug keine Partikel lösen und Schaden anrichten können.
Je nach Ausbildung des Grates werden in der werkzeuggeführten Anlagenversion verschiedene Fräser und Bürsten eingesetzt. Fräser erledigen das «Grobe», während die Bürsten für die Nacharbeit verwendet werden. Je nach Lage und Beschaffenheit des Grates sind unterschiedliche Werkzeuge notwendig. Der Werkzeugwechsel erfolgt vollautomatisch und in Sekundenschnelle. Der Roboter holt sich Fräser oder Bürste je nach Bedarf aus dem Depot. Nach einem Arbeitsgang führt die Messvorrichtung im Innern der Anlage eine automatische Werkzeugbruchkontrolle durch. Damit ist sichergestellt, dass nur einwandfreie Fräser eingesetzt werden und es zu keinen verschleissbedingten Schäden kommt. Das Beschicken der Bauteile sowie das Wechseln von verschlissenem Werkzeug erfolgt in der Nebenzeit. Dadurch wird deutlich Zeit eingespart.
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In der werkstückgeführten Variante bewegt der Roboter die Kurbelwelle zu den jeweiligen Bearbeitungsstationen.
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Werkstückgeführten Variante
Im Vergleich zum werkzeuggeführten Entgraten ist bei der werkstückgeführten Variante mehr Arbeitsraum notwendig. Wird das Werkzeug zum Bauteil geführt, genügen Arbeitskabinen mit rund 7 m2. Die kompakte Bauweise spart teuren Produktionsraum. Andererseits erschweren kleine Kabinen die Instandhaltung, weil der Zugang erschwert ist. Rund 25 m2 Raum nehmen Anlagen in der werkstückgeführten Version ein. Dafür punkten sie bei den Taktzeiten. «Bei der Variante 1 werden die Werkzeuge in der Prozesszeit gewechselt. Das kostet Zeit. Fest gerüstete Werkzeuge arbeiten schneller», sagt Holger Merkt.
Die Funktion ist in beiden Varianten dieselbe: Auch bei der Werkstückführung werden Sekundärgrate mit den Prozessen Fräsen und Bürsten entfernt. Der Roboter spannt auf, holt sich die Kurbelwelle und führt sie an die verschiedenen Arbeitsstationen. Liegen Grate an schwer zugänglichen Stellen oder weisen sie Besonderheiten auf, kommen Spezialwerkzeuge wie Reinigungswalzbürsten zum Einsatz. Nach jedem Bearbeitungsprozess wird der Greifer automatisch gereinigt. Dies verhindert Verunreinigungen, die später zu Bauteilschäden führen könnten.
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Holger Merkt, Leiter Anwendungstechnik bei der SHL Automatisierungstechnik AG. (Bilder: SHL) |
Ausblick
Die Entgratung von Kurbelwellen auf CNC-Maschinen wäre in vielen Fällen möglich und darüber hinaus präziser. «Allerdings liegen die Stundensätze um ein Vielfaches höher, und die Bearbeitung wird sehr teuer», erklärt Holger Merkt. Zudem werde eine derart hohe Präzision bei der Gratentfernung gar nicht gefordert. Deswegen ist die Entgratung von Kurbelwellen mit einer Roboteranlage viel kostengünstiger.
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