Flexible Produktionsbeschleuniger für die Oberflächenbearbeitung

Bei der Nachbearbeitung von Werkstücken erschließt die Automation im Hinblick auf Durchsatz, Produktivität und Herstellungskosten noch erhebliche Optimierungspotenziale. Mit Strahlanlagensystemen, die durch moderne Robotertechnologie vollautomatisierbar sind, bietet die Rösler Oberflächentechnik GmbH eine breite Palette branchenspezifischer Lösungen, die dabei helfen, auch in einem schwierigen Umfeld wirtschaftlich erfolgreich zu produzieren.

Kundenspezifische Lösungen für die Automation von strahltechnischen Bearbeitungsprozessen gehören zu den Kernkompetenzen von Rösler, zu dessen Kunden unter anderem namhafte Unternehmen aus der Automobil- und Automobilzulieferindustrie zählen. Eine besondere Stärke von Rösler Oberflächentechnik sind Lösungen für das Entgraten und Verdichtungsstrahlen von anspruchsvollen Werkstücken. Dazu gehören vollautomatisierte, robotergestützte oder auch roboterbasierte Strahlsysteme wie der Roboblaster. „Die entscheidende Frage bei der Konzeption ist immer, wie kreativ man mit der Technik umgeht“, sagt Dipl.-Ing. Frank Herbst, Leiter der Abteilung Verkauf Strahltechnik bei Rösler.

Zukunftssystem Roboblaster

Mit dem Roboblaster zeigt Rösler, wie sich die Vorteile des Roboters für sehr anspruchsvolle Strahlaufgaben nutzen lassen. Das hocheffiziente Bearbeitungssystem ist für den Einsatz in komplexen Fertigungsumgebungen bestens geeignet und lässt sich in vollautomatische Fertigungslinien perfekt einfügen. Basis des Konzepts „Roboblaster“ sind eine Strahlanlage als Grundkorpus und ein auf die Größe der Anlage und die Bearbeitungsaufgabe abgestimmter Roboter als Produktionsassistent. Abhängig von der technischen Konzeption befördert der Roboter das Werkstück in die Anlage und bewegt es dort im Strahlmittelstrahl von mehreren Hochleistungs-Schleuderrädern. Durch getrenntes Zu- und Abschalten jedes einzelnen Schleuderrades kann dabei gezielt oder nur partiell gestrahlt werden. Bei einer Konzeption mit Druckluft-Strahltechnik befindet sich das Werkstück bereits in der Anlage und wird mit einer vom Roboter gehaltenen Strahldüse gezielt gestrahlt. Das Kabineninnere sowie die Werkstückgreifereinheit bestehen komplett aus Manganstahl bzw. gehärtetem Werkzeugstahl.

Der Grundkorpus Strahlanlage wird hinsichtlich Baugröße, Durchlassöffnung, Schleuderradanzahl oder Druckluftleistung auf die Werkstückgröße, Geometrie und Bearbeitungsaufgabe abgestimmt. Die gewichtsmäßige Auslegung des Roboters und die Art und Dimensionierung des patentierten Greifers ist abhängig vom Werkstückgewicht. Grundsätzlich sind alle strahltechnisch denkbaren Bearbeitungsverfahren mit dem Roboblaster möglich: vom Entrosten, Entzundern oder Entlacken über das Entgraten bis zum Verdichtungsstrahlen. „Der Roboblaster ist mit seinem überaus breiten Nutzenspektrum ein Erfolgssystem“, wie Frank Herbst erläutert. „Wo es um eine mannlose Linienfertigung geht und möglichst große Werkstückserien gefahren werden ist er anderen Strahlanlagen deutlich überlegen.“

Das Konzept „Roboblaster“ wurde von Rösler bereits in mehreren Varianten umgesetzt. So zum Beispiel für das Entgraten und Oberflächenfinishen von Zylinderköpfen aus Aluminiumdruckguss. Dabei wurden zwei Roboblaster, ausgestattet mit separaten 6-Achs-Robotern, in die Linienfertigung eines Automobilherstellers integriert. Die Greifeinheit jedes Roboblasters holt sich mit einer Taktzeit von 23 Sekunden die Zylinderköpfe von Zuführrollenbahnen und führt sie in die Strahlanlage ein. Hier werden die Werkstücke allumfassend durch vier Hochleistungs-Schleuderräder bearbeitet. Die Prozesssicherheit und das optimale Strahlergebnis werden durch die rotierende und oszillierende Bewegungen der Zylinderköpfe erreicht. Nach Beendigung des Strahlprozess von nur 15 Sekunden entnehmen die Roboter die Werkstücke – bei geschlossenen Schleuderradschotts – aus dem Strahlraum und führen sie dem folgenden Bearbeitungsprozess zu. Die Schotts ermöglichen, dass die Schleuderräder auch während der Be- und Entschickung ohne Stillstandzeiten weiterlaufen können.

Ein Roboblaster mit sechs Schleuderrädern ist für die Bearbeitung von Getriebeglocken aus Magnesium im Einsatz. Der Roboter wurde bei diesem Anlagenkonzept mit einem Doppelgreifer ausgestattet, um die Werkstücke aus zwei parallelen Linien zu übernehmen und in die Strahlanlage zu führen. Jede Glocke wird dabei einzeln in eine rotierende und oszillierende Bewegung versetzt. Für den Einsatz bei einem Flugzeughersteller hat Rösler einen Mini – Roboblaster entwickelt, dessen Grundkorpus nur in etwa so groß ist wie eine Handstrahlkabine. In der Anlage werden kleinste Turbinenschaufeln vollautomatisch gestrahlt. Das hier nach den strengen Reglements der Luftfahrtindustrie auch angewendete Shotpeening – Verfahren steigert die Ermüdungsfestigkeit und damit Wiederstandsfähigkeit des einzelnen Teils.

Kompaktlösung für die Druckgusszelle

Roboter sind angesichts des steigenden Kostendrucks auf Fertigungsunternehmen längst die ultimative Antwort auf unterschiedlichste Rationalisierungsfragen. Die robotergestützte Drehtischanlage RDT 100-So, auf der Leiterrahmen aus Aluminiumdruckguss (Einzelgewicht 2 kg) bearbeitet werden, ist so konzipiert, dass sie bei einem Automobilzulieferer unmittelbar in eine komplett mannlos gefahrene Druckgusszelle integriert werden konnte. Diese Integration bietet die Möglichkeit der Nachbearbeitung entlang der Produktionslinie, so dass die Gussteile nicht zeitaufwändig auf eine separate Linie ausgeschleust werden müssen. Innerhalb der komplett eingehausten Zelle managt ein Roboter das komplette Handling zwischen den einzelnen Arbeitsstationen, von der Gussanlage über die Stanzmaschine, in der die Rahmen vorentgratet werden, bis zur Strahlanlage und anschließenden Ablage in eine Gitterbox.

Alle 40 Sekunden entnimmt der Roboter ein Werkstück aus der Gussanlage. Auf diesen Teiletakt ist die Strahlanlage exakt abgestimmt. Der Roboter greift den Leiterrahmen und setzt ihn auf einen speziellen Aufnahmedorn in der Mitte des Drehtisches. Die Spitzen der Aufnahmevorrichtung greifen dabei exakt in Aussparungen am Werkstück. Die genaue Lage des Dorns und die Größe der Türöffnung mussten auf die Form des Greifers und seine Funktion abgestimmt werden. Diese Faktoren bilden wichtige Schnittstellen für die Interaktion zwischen Strahlanlage und Robotersteuerung. Jeweils 10 Sekunden benötigt der Roboter für die Beschickung und Entschickung, 20 Sekunden dauern der Strahlprozess und das Öffnen und Schließen der Tür. Damit das Werkstück nach der Strahlbearbeitung exakt in der Position zum Stehen kommt, die der Roboter für die Entnahme benötigt, wird der Haltepunkt des Drehtisches auf den Millimeter genau sichergestellt.

Hohes Optimierungspotenzial

Dass sich nahezu jede Strahlanlage mit Roboterunterstützung erfolgreich automatisieren lässt, zeigt ein weiteres Beispiel einer Satelliten – Drehtischanlage RDT 150/S-5 mit zwei Hochleistungs-Schleuderrädern, die Rösler Oberflächentechnik für einen Automobilhersteller entwickelt und gebaut hat. In der kompakten und platzsparenden Anlage werden verzahnte Getriebeteile (Verzahnungsteile, Zahnräder) aus hochlegiertem Spezialstahl im Außenbereich entzundert und oberflächenverdichtet. Um auch bis in den Zahngrund zu treffen muss sehr gezielt und intensiv gestrahlt werden. Die Anlage ist in eine Fertigungsstraße eingebettet und wird durch einen Roboter be- und entladen. Automatische Zuführ- und Abführeinheiten ermöglichen die Verkettung mit den anderen Fertigungsmaschinen.

Diese Satelliten – Drehtischanlage weist aufgrund ihrer besonderen technischen Konzeption ein für den Produktionsprozess hinsichtlich Effektivität und Durchsatz außerordentlich hohes Optimierungspotenzial auf. Ein wichtiges Detail dabei ist, dass während des laufenden Strahlprozesses im Außenbereich kontinuierlich be- und entladen werden kann. Dadurch werden kurze Taktzeiten erreicht. Für das türlose Konzept wurde der Drehtisch in fünf gleichmäßig große Segmente aufgeteilt, die durch Wände voneinander abgetrennt sind. Durch diese speziellen Trennwände dichtet der Außenbereich vom Strahlbereich sicher ab. In jedem Segment befindet sich ein Satellit mit einem Werkstückaufnahmedorn, auf den der Roboter die Verzahnungsteile positionsgenau aufsetzt. Dabei werden immer mehrere Zahnräder übereinander gesetzt, so dass die Innenbereiche, die nicht gestrahlt werden dürfen, abgedeckt sind. Während des Strahlprozesses passieren die Werkstücke nacheinander zwei Strahlstationen, wobei sie jeweils in gegenläufige Drehungen versetzt werden. Da sich auch die Drehrichtung der Schleuderräder verändert, lassen sich verschiedene Einstrahlwinkel und damit die für das Shotpeening geforderte hundertprozentige Gleichmäßigkeit des Strahleffektes erreichen.

Rösler Oberflächentechnik GmbH Vorstadt 1, D-96190 Untermerzbach
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