Bärenstarker Gratkiller

Massenteile sicher entgraten und fräsen. Die Schweizer Surfinsys AG präsentiert eine lineare High-End-Bearbeitungsmaschine mit einem völlig neuen Konzept zum Schleifen, Entgraten und Fräsen.

14. März 2008

»Wir wollten ein High-End-Bearbeitungszentrum für das Entgraten von Massenteilen auf allerhöchstem Niveau entwickeln«, erläutert Kurt Köppel die Motivation für das neueste Maschinenkonzept der Schweizer Surfinsys AG. »Dass wir damit jetzt auch noch fräsen können, ist das Ergebnis der konsequenten, auf Qualität und Schnelligkeit ausgerichteten Arbeit«, so der Ingenieur weiter. Dass dies möglich ist, liegt an zwei elementaren Faktoren: Ein neuartiges Rahmenkonzept sorgt für bisher ungeahnte Stabilität und Steifigkeit und die ungewöhnliche Trennung von Nass- und Trockenbereich lässt den Einsatz von sehr starken Motoren mit bis zu jeweils 7,5 kW zu. Damit werden zum Beispiel 20.000 kleine Teile von 20 x 25 x 2 Millimeter, wie sie für Sicherheitsgurte gebraucht werden, pro Stunde beidseitig bearbeitet. Ein anderer Kunde bearbeitet Bleche von 370 x 400 Millimeter.

Flexibel einsetzbar

Grundsätzlich können Materialstärken von 0,8 bis 25 Millimeter verarbeitet werden. Anwendungen für Sitzverstellungen in Automobilen, für Büromaschinen, Textilmaschinen und aus der Gebäudetechnik wurden bereits erfolgreich umgesetzt. Im Zentrum der Maschine stehen bis zu sechs, vom Hersteller ›Flakko‹ (Flaechen, Kanten, Konturen) genannte, Aggregate mit Planetenköpfen, in die je nach Bearbeitungsziel Bürsten, Schleifscheiben aber auch Fräswerkzeuge eingesetzt werden können. »Die Drehzahlen sowohl der Werkzeuge als auch der Planetenköpfe lassen sich individuell und unabhängig voneinander einstellen. Sie können als mit- oder gegenlaufende Bewegungen bis zu 4.500 U/min erreichen«, erklärt Kurt Köppel. Jedes der vier je Planetenkopf einsetzbaren Bürstwerkzeuge hat einen Durchmesser von 190 Millimetern. »Gegenüber den üblichen 150 Millimetern ergibt sich die doppelte Bearbeitungsfläche.« Durchgeführt werden die Teile auf einem standardmäßig 300 Millimeter breiten Transportband, das bis auf 380 Millimeter erweiterbar ist. Ein optionales Wende- und Rückführsystem ermöglicht die beidseitige Bearbeitung bei Werkstückdimensionen bis 140 Millimeter. Das Band kann beim Entgraten mit bis zu 20 Meter pro Minute gefahren werden. Eingebaut werden wahlweise luftgekühlte Motoren mit 3 kW oder wassergekühlte Motoren mit 7,5 kW Leistung. Der Antrieb erfolgt direkt über die Motorenwelle ohne Winkelgetriebe oder Zahnriemen. »Möglich ist dies, weil sich die Motoren über den jeweiligen Planetenköpfen im Trockenbereich der Maschine befinden. Dies wiederum war nur realisierbar, weil wir den Nassbereich horizontal vom Trockenbereich getrennt haben — ein Novum in der Maschinenkonzeption«, erklärt Konstrukteur Köppel.

Starke Kräfte für hohen Materialabtrag

Das kraftvolle und stabile Arbeiten erforderte allerdings ein neues Rahmenkonzept. Bei herkömmlichen, sogenannten C-Rahmen-Konstruktionen bleiben die Teile ab einer bestimmten Kraftausübung auf das Werkstück nicht mehr parallel, weil die C-Konstruktion sich mit steigender Kraftausübung öffnet. Die C-Konstruktion ermöglicht jedoch den Zugriff auf das Transportband, damit es gewechselt werden kann. Bei Surfinsys wird der offene Rahmen mit einem Bügel geschlossen, mit 12 kN (entspricht 12 Tonnen) Kraft pneumatisch verspannt. So kann er quasi unbegrenzt Kräfte aushalten. In Verbindung mit den senkrecht angeordneten Motoren lassen sich bisher ungeahnte Kräfte auf das Teil ausüben, ohne dass die Endqualität leidet. Die Parallelität der Oberflächen ist gewährleistet, auch wenn durch den Einsatz von Fräswerkzeugen mehr Material abgetragen wird. Durch den wegklappbaren Bügel bleibt das Transportband dennoch zugänglich und kann schnell gewechselt werden. Im Einsatz bei Kunden hat sich dieses Konzept in einer Maschine mit vier Aggregaten bereits bewährt. Dort ermöglicht der modulare Aufbau die Prozessschritte Fräsen, Schleifen, Oberflächen einebnen und Kanten vom Sekundärgrat befreien sowie Oberflächen verrunden. Alle Prozessschritte geschehen im Durchlaufverfahren mit drei Metern pro Minute. Pro Stunde werden so 4000 Teile bearbeitet. Bei den Teilen handelt es sich um Scheiben, welche nach dem Stanzen einen aggressiven und scharfen Grat auf einer Seite aufweisen. Die Aushärtung infolge der Umformung verschärft die Aggressivität des Materials zusätzlich. Die Bearbeitung mittels Dreh- oder Fräsprozess scheiterte an der geforderten Menge und der notwendigen Einzelaufspannung. Das herkömmliche Schleifen kam aufgrund des hohen Verschleißes der Schleifscheiben und der ungezielten Verrundung ebenso wenig infrage.

Teile automatisch zuführen, erkennen und bearbeiten

In die Maschine werden nun die Scheiben mit der Gratseite nach oben eingelegt. Eine automatische Zuführeinheit sorgt für einen lückenlosen Teilenachschub. Die integrierte Vision-Teileerkennung erkennt mittels Laser den Teiletyp. Die Höhe des Werkstücks wird gemessen und die referenzierten Werkzeuge fahren auf die korrekte Höhe herunter. Sind die optimierten Einstellwerte einmal erreicht, werden sie mit der Teachfunktion abgespeichert. Ab jetzt hat die Anlage automatisch die Leistungswerte gespeichert und regelt auch bei zukünftig zu verarbeitenden Aufträgen bedarfsweise nach. In der ersten Station wird mit den Planetenfräsen der Großteil des vorstehenden Materials abgefräst. Der verbleibende Wulst von 0,05 bis 0,1 Millimeter wird in der zweiten Station mittels Topfscheiben entfernt. Durch die individuelle Geschwindigkeitsregulierung von Schleifspindeln und Planetenantrieb kann der Bearbeitungsprozess optimal eingestellt werden. Der Abrieb an den Scheiben hält sich in Grenzen, die Standzeiten bleiben akzeptabel. Mit den beiden folgenden Stationen werden die Oberflächen eingeebnet, Sekundärgrate entfernt und die Kanten gleichmäßig und gezielt verrundet. In den Bearbeitungsstufen drei und vier setzt der Kunde weiche Werkzeuge ein. Damit wird hier kaum noch Material abgetragen. Hier geht es um die Verbesserung der Oberfläche und die sichere Entfernung des Sekundärgrates. Nachgelagerte Prozesse wie Waschen, Trocknen und Abfüllen sorgen dafür, dass die fertig bearbeiteten Werkstücke in Transportbehälter abgefüllt und für den Versand bereitgestellt werden. Der Kunde kann so die geforderten zehn Millionen Teile pro Jahr mit null PPM liefern.

Schneller Werkzeugwechsel

Für den Werkzeugwechsel an den Arbeitsstationen hat Surfinsys ein neues Schnellwechselsystem entwickelt. Ohne irgendwelche Hilfsmittel lassen sich die vier Bearbeitungswerkzeuge in Minutenschnelle austauschen. Eine pneumatische Werkzeugspannung kann mit einem Fußschalter betätigt werden. Beide Hände bleiben für den Austausch der Werkzeuge frei. Eine bedienergeführte Programmierung kontrolliert jeden Schritt und fordert eine Quittierung zur Freigabe. Nach einem Werkzeugwechsel referenziert die Anlage neu, um die Position der Bearbeitungsebene in Relation zur Unterkante der Werkzeuge zu setzen. »Damit wechseln Sie vier Werkzeuge in deutlich unter zwei Minuten«, betont Marketingleiter Daniel Rauch. Wird das optionale Wende- und Rückführsystem für eine beidseitige Abtragsbearbeitung eingesetzt, kommt ein zweigeteiltes Transportband mit getrennten Magneteinheiten zum Einsatz. Das Band für die Rückseitenbearbeitung lässt sich in der Höhe verstellen, um dem nach der Bearbeitung der Vorderseite veränderten Maß Rechnung zu tragen. »Das ist bei einer Oberflächenbearbeitung nicht relevant, wohl aber, wenn auf beiden Seiten Material abgetragen werden soll«, erklärt Rauch.

›Buckel‹ einfach weggefräst

»Dass die Motoren stark genug für den Materialabtrag sind, wurde uns vor Kurzem bei einer Versuchsreihe für einen anderen Kunden bestätigt«, berichtet Rauch, »denn bei der Bearbeitung von LKW-Bremsscheibenhalterungen, die nach dem Stanzen einen ›Buckel‹ von etwa 0,9 Millimeter aufwiesen, wurde dieser Buckel einfach weggeschliffen. ›Brauchen Sie diesen Buckel?‹, haben wir den Kunden gefragt. Und als er zunächst ungläubig schaute und schließlich verneinte, konnte die Bearbeitung mit dem versprochenen Zeitgewinn und Ergebnis durchgeführt werden.«

Erschienen in Ausgabe: 03/2008