Giesserei 03/2007
Mit der Markteinführung der DISA-MAC-Schleuder-strahlanlage hat die DISA-Gruppe ihr Angebot an Strahlanlagen erweitert, die speziell für die Oberflächenveredelung von Leichtmetall- komponenten entwickelt wurden. Dieser Beitrag zeigt auf, welche Möglichkeiten die Neuentwicklung bietet und beschreibt auch andere geeignete Systeme aus der DISA-Typenreihe zur Behandlung von Gusskomponenten. Der Anteil an Aluminium- komponenten in Fahrzeugen steigt stetig. Dies beruht auf dem anhaltenden Druck, immer höhere Treibstoffeinsparungen, mehr Sicherheit und eine gute Wiederverwertbarkeit sicherzustellen.
Bild 1: DISA MAC Strahlanlagen
Im europäischen Durchschnittsfahrzeug sind bereits deutlich mehr als 100 kg Aluminium enthalten, wobei sich diese Zahl – speziell auch im Luxussegment des Marktes – weiter nach oben entwickelt. Die Leichtmetallteile liegen vorwiegend als Gussteile vor, wie z. B. als Zylinderköpfe, Getriebegehäuse und Räder. Konstrukteure entscheiden sich immer häufiger für Aluminium- oder Magnesiumlegierungen. Die Anwendung dieser Materialien im Automobil- und Transportsektor wird sich innerhalb der nächsten zehn Jahre schätzungsweise verdoppeln.
Egal, welche Gussteile in den Fahrzeugen verwendet werden, ob Sand-, Kokillen- oder Druckguss-Oberflächen und Innenpartien, alle müssen vor der weiteren Bearbeitung zuverlässig behandelt werden. Schleuderstrahlen bietet hierbei entscheidende Vorteile.
Es überrascht wenig, dass eine Reihe von Strahlanlagen-herstellern neue Maschinenkonzeptionen auf den Markt gebracht haben, die speziell auf die Bedürfnisse der Hersteller von Aluminium- und Magnesiumgussteilen ausgerichtet sind. Als führender Anbieter von Anlagen für die Gießereiindustrie und zur Behandlung von Oberflächen generell, hat DISA immer wieder entscheidende Entwicklungsschritte eingeleitet und zur industriellen Reife geführt. Das Unternehmen zählt zu den weltweit führenden Anbietern von Gießereianlagen und Systemen für die Behandlung von Metalloberflächen.
Heute kommt die ausgedehnte Branchenerfahrung der DISA-Gruppe in der Unternehmenssparte Strahltechnik zum Tragen, die über Kompetenzzentren, Verkaufs- und Fertigungsstandorte auf drei Kontinenten verfügt. Hier widmet man sich nebst der Entwicklung neuer Maschinen und der Durchführung von Versuchsreihen im Auftrag von Kunden der Grundlagen- forschung, der Konzept- und Steuerungstechnik sowie weiteren Aufgaben. In Europa erfolgt die Fertigung und Montage der Maschinen in einem hoch modernen Werk in Pribram, in der Tschechischen Republik.
Strahlen und Entgraten von Aluminiumkomponenten
Die DISA-Gruppe stellt eine Reihe von Strahlanlagen her, die besonders gut für die Bearbeitung von Aluminiumkomponenten geeignet sind. Dazu gehören die erst kürzlich eingeführte Manipulator- Strahlanlage DISA MAC; Spinner Hanger Strahlanlagen, die Hängebahn-Reihe, Drahtgurtstrahlanlagen sowie die bestens eingeführten und vielfach bewährten Manipulator- Strahlanlagen der DS- und DVReihe, die sich besonders für die Bearbeitung komplexer Komponenten in Groß- Serien für die Fahrzeugindustrie etabliert haben. Alle Varianten zeichnen sich durch eine hohe Durchsatzleistung und außergewöhnlich Effizienz beim Entsanden, Entgraten und beim Oberflächenfinish aus.
Bild 2: Mit der neuen Technik lässt sich z. B. die Gesamttaktzeit verkürzen (Klick anzusehen)
MAC-Strahlanlagen
DISA MAC-Strahlanlagen wurden speziell für die Bearbeitung von High-Tech-Gusskomponenten aus Aluminium- und Magnesiumlegierungen konzipiert. Je nach Anlagenkonfiguration und Komplexität der Teile (strahltechnische Anforderungen) können pro Strahlzelle bis zu 200 Teile pro Stunde behandelt werden. Das maximale Gewicht eines Einzelteils liegt bei rund 15 kg. DISA MAC-Strahlanlagen arbeiten im Verbund mit einem mehrachsigen Industrieroboter, der mit einem Doppelgreifer zum Teilehandling (Beschicken, Entladen, Entleeren) ausgerüstet ist.
Je nach gewünschter Leistung und Konfiguration arbeiten Roboter und Strahlmaschine(n) im Single- oder Tandem-Modus. Dies bedeutet, dass ein Roboter eine oder zwei Strahlzellen bedient und einzelne Operationen synchron ablaufen. Während in der einen Zelle gestrahlt wird, laufen andere Vorgänge wie das Entleeren von Strahlmittel, das Ablegen oder Aufnehmen von Werkstücken parallel ab. Durch solche Operations-überlagerungen können die Gesamttaktzeit verkürzt oder einzelne Taktschritte gezielt verlängert werden.
Kernstück der neuen Strahlanlage ist das Strahlgehäuse mit drei Anbauoptionen für zwei oder drei Schleuderräder und einer „C-förmigen“ Manipulator-Haltevorrichtung, welche die Werkstücke aufnimmt. Der C-Manipulator ist mit einem beweglichen und einem festen Spannarm und Nachspannfedern ausgestattet, so dass das Werkstück jederzeit – auch bei Stromausfall – sicher fixiert ist. Im Manipulator rotieren die Teile gleichzeitig um zwei Achsen vor den Schleuderrädern. Die Bewegungsabläufe sind individuell programmierbar (Drehen, Pendeln, Halten, schnell, langsam) und über Servomotoren gesteuert, wodurch eine maximale Wiederholgenauigkeit der Bewegungen und damit auch der Strahlresultate erzielt wird. Durch stetiges Bewegen der Komponenten wird laufend Strahlmittel aus Innenpartien ausgetragen und so sichergestellt, dass diese nicht durch aufgefülltes Strahlmittel abgedeckt und der Wirkung des Schleuderstrahls entzogen sind. Die Strahlprogramme und Bewegungsabläufe können werkstückspezifisch programmiert und individuell abgerufen werden.
Arbeitsablauf
Der Industrieroboter ist mit einem drehbaren Kopf und einem Doppelgreifer für zwei Werkstücke ausgestattet. Bei Zyklusbeginn wird ein Rohgussteil gefasst, dann schwenkt der Roboter in die Strahlmaschine. Mit dem unbelegten Greifer wird das gestrahlte Werkstück aus der Manipulatorzange in der Strahlmaschine entnommen. Der freie Manipulator kann nun mit dem ungestrahlten Werkstück beladen werden. Die Beschickungstüren der Strahlmaschine werden geschlossen, sobald der Roboterarm zurückgezogen ist und die Behandlung der Gussteile beginnt.
Im Manipulator rotiert das Werkstück um die Längs- und Querachse vor den Schleuderrädern und wird so allseitig – außen wie innen – sauber gestrahlt. Kritische Werkstückpartien werden dem Schleuderstrahl gezielt ausgesetzt und können intensiver behandelt werden. Zur Exaktpositionierung wird die jeweilige Werkstücklage repetiergenau über Servomotoren und Drehgeber gesteuert, wobei die Rotations-geschwindigkeiten (schnelles oder langsames Drehen, Pendeln oder Halten) auf die strahltechnischen Anforderungen abgestimmt sind. Die selektive Exposition der Teile im Strahlfächer sorgt für eine optimale Behandlung und Ausnutzung der eingesetzten Strahlenergie.
Bild 3: Durch die selektive Exposition im Manipulator werden die Gussteile optimal behandelt.
Durch die Bewegungen des Manipulators wird laufend Strahl- mittel aus Innenpartien entleert. Die vollständige Strahlmittel- entleerung kann innerhalb oder außerhalb der Maschine erfolgen. Der Greifer am Roboter ist zu diesem Zweck mit einer Vibrationseinrichtung ausgestattet. Das Auswechseln der Greifwerkzeuge am Roboter ist einfach und zeitsparend. Greifwerkzeug und Roboterkopf sind – konzeptbedingt – nicht dem Schleuderstrahl (Verschleiß, dynamische Belastung) ausgesetzt.
Die Strahlanlagen sind auf die besonderen Anforderungen bei der Behandlung von Aluminium- und Magnesium-gussteilen zugeschnitten und berücksichtigen das latente Funken- oder Brandrisiko, das aus Staubablagerungen resultieren kann. So ist das pneumatische Separationssystem im Sinne möglichst kurzer Staubtransportwege direkt unterhalb der Strahlkabine angeordnet. Metallstaubablagerungen können so vermindert oder weitgehend verhindert werden. In Kombination mit einem Nassabscheider entspricht die bauliche Ausführung des Systems den derzeitigen europäischen und internationalen Explosions-schutzrichtlinien.
Im Programm der DISA-Gruppe sind auch bekannte Baumuster von Strahlanlagen wie Drahtgurtmaschinen, die sich besonders für das deformationsfreie Strahlen flacher oder dünnwandiger Komponenten eignen oder Hängebahnanlagen mit einer Vielzahl von möglichen Ausführungsvarianten. Erwähnt werden sollen hier die so genannten Spinner Hanger-Maschinen, die sich auch bestens für die Behandlung von kleineren Leichmetall-bauteilen eignen. Solche Anlagen können – im Verbund mit einem Roboter – problemlos in kontinuierliche Fertigungsstraßen integriert werden. Die drehbare Strahlkammer ist in zwei oder drei separate Bereiche unterteilt, die je über einen Kreiselhaken verfügen. Derartige Konfigurationen können auch mit Luft-Nachstrahlstationen ergänzt werden, wodurch ein verbessertes Strahlen in schwer zugänglichen Bereichen der Komponenten erzielt wird.
Manipulator-Strahlsysteme
Die Reihe der Manipulator-Strahlanlagen ist für die Bearbeitung größerer, schwerer Komponenten mit Einzelstückgewichten bis 700 kg ausgelegt. Klassische Einsatzfälle sind Großserien aus dem Bereich der Fahrzeugindustrie (Eisen und Leichtme-tall), beispielsweise Zylinderblöcke und - köpfe, Getriebegehäuse, Kurbelwellen und andere. Von dieser Bauart, die mit 1 bis 8 Manipulatorzangen ausgerüstet sind, existieren drei Basisversionen in Modulbauweise. Damit können unter- schiedlichste Anforderungen hinsichtlich Leistung und verfügbaren Platz berücksichtigt werden. Manipulator- strahlanlagen können mit Innenstrahlstationen kombiniert und in automatische Anlagen zur Gussnachbearbeitung integriert werden.
Bei allen Systemen nehmen entweder Manipulatoren mit beweglichen Greifzangen oder rotierenden Tragwellen das Strahlgut auf und fördern es durch die Strahlzone. Die Greifer passen sich automatisch der Form des Gussteils an. Auf diese Weise können einzelne oder mehrere Teile mit unterschiedlichen Höhen gleichzeitig bearbeitet werden.
Ein Ladegerät, bzw. ein Industrieroboter platziert die Rohgussteile in den Manipulator, wo sie eingespannt und anschließend einzeln durch die Strahlzonen geführt werden. Die Manipulatorzangen bieten einachsige Bewegungsmöglichkeiten, so dass auch hier ein gezieltes, werkstückspezifisches Strahlen möglich ist. Anlagen dieser Bauart, bieten maximale Konzeptionsflexibilität und sind in weit über hundert Anwendungsfällen – vor allem in der Fahrzeugindustrie im Einsatz.
Bild 4: Die Anlagen sind vielseitig einsetzbar.