Prototypenbau mit Industrierobotern

Schiffsschrauben, Teile für Windenergieanlagen, Turbinengehäuse – solche großvolumigen Gussteile lassen sich nur mit Hilfe spezieller Gussformen herstellen. Eine aufwändige und kostenintensive Prozedur, denn die Gießereiarbeiter müssen die meisten Arbeitsschritte immer noch per Hand ausführen.

Künftig sollen Industrieroboter die Facharbeiter bei der Herstellung der Gussformen unterstützen: Forscher des Fraunhofer-Instituts für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF in Magdeburg haben dafür zusammen mit der Partnerfirma Modell- und Formenbau GmbH Sachsen-Anhalt MFSA ein Verfahren entwickelt.

»Die Roboter stellen großvolumige Modelle und Gießereiformen schneller und kostengünstiger her. Je nach Prozess lassen sich so bis zu einem Drittel der Kosten sparen. Verschiedene Werkzeuge können flexibel miteinander kombiniert werden«, erklärt Torsten Felsch, Wissenschaftler am IFF. Die Formen werden dazu direkt aus einem Block herausgefräst – ohne Umwege über ein Produktmodell.

Dieses Projekt wird von der KUKA Roboter GmbH in Augsburg unterstützt: So kommt unter anderem ein Standard-KUKA-Roboter zum Einsatz. Die Fraunhofer-Forscher untersuchen die Grundlagen des Robotereinsatzes: Welche Fräsbahn ist optimal? Wie lassen sie sich mit Algorithmen berechnen? Welche Werkzeuge verwendet man für den Robotereinsatz am besten? Ihre Kollegen bei MFSA setzen die Ergebnisse direkt in der Produktion um.

Bei großen Stückzahlen ist ein anderer Weg oft kostengünstiger als das direkte Fräsen: Da die Form beim Herauslösen des fertigen Gussteils zerstört wird, fertigen die Arbeiter zunächst ein Modell des herzustellenden Gussstücks an, das als Muster für die Gussformen dient. »Die Modelle werden schichtweise aufgebaut. Üblicherweise sägt der Werker die einzelnen Platten aus, klebt sie aufeinander und bearbeitet die Form anschließend mit der Fräsmaschine. Dies können künftig Indus-trieroboter übernehmen«, sagt Felsch. Doch wie funktioniert das genau? Zuerst mischt der KUKA-Roboter einen flüssigen Zweikomponentenschaum und trägt eine Schaumschicht nach der anderen auf die Arbeitsfläche auf.

Da die Schichtdicke im Durchschnitt zwei Zentimeter beträgt, entsteht ein relativ grobes Modell des Gussteils. Wie beim direkten Fräsen liefert die Software anschließend dem Roboter die Fräsparameter: Wo muss er wie viel Material abtragen? Welche Werkzeuge benutzt er am besten? Die Bearbeitungsverfahren durch Roboter befinden sich derzeit noch in der Entwicklung – in ein bis zwei Jahren könnten sie die Gießereien bei ihrer Arbeit unterstützen.