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Die Roboter- Entgratzelle bringt Schnelligkeit, Präzision und Wirtschaftlichkeit unter einen Hut.
An vier Bearbeitungsstationen können die Bohrungsverschneidungen in bis zu vier Tieflochbohrungen entgratet werden.

Anwender im Detail

ZF Getriebe
Das Unternehmen ZF Getriebe gehört zum Unternehmensbereich Pkw-Antriebstechnik der Aktiengesellschaft ZF Friedrichshafen, die weltweit Technologien für Antriebs- und Fahrwerktechnik entwickelt, produziert und prüft. ZF Friedrichshafen ist ein Automobilzulieferkonzern mit 123 Standorten in 27 Ländern. Das Unternehmen beschäftigt rund 60 000 Mitarbeiter, davon etwa 24 600 im Ausland. Im Jahr 2009 erzielte ZF einen Umsatz von 9,4 Milliarden Euro.

Die bisher üblichen Verfahren zum Entgraten schwer zugänglicher Stellen erfordern mehr oder weniger große Kompromisse. Entweder fehlt es an Schnelligkeit und Produktivität oder es mangelt an Reproduzierbarkeit und Materialschonung. Eine Alternative stellt das elektrochemische Entgraten dar. Doch dieses Verfahren macht einen hohen Anpassungsaufwand des kompletten Fertigungsprozesses notwendig und ist daher nur schwer in die bestehende Produktion zu integrieren. Der Randprozess Entgraten wird somit häufig zum Kernproblem. Dies ist unter anderem bei der Herstellung von Antriebs- oder Getriebewellen der Fall. Dort stellt das sorgfältige Entfernen der Grate an den oft zahlreichen Querbohrungen in den zylindrischen Hauptbohrungen eine Herausforderung für die Fertigungstechnik dar.

Gemeinsam mit dem Unternehmen ZF Getriebe in Saarbrücken hat Indat eine Entgratzelle entwickelt, die auf eine neue Werkzeugtechnologie setzt. Das Unternehmen mit Sitz in Ginsheim-Gustavsburg bei Mainz bietet seit über zehn Jahren automatisierte Lösungen unter anderem für das Entgraten an und verfügt über einen entsprechenden Erfahrungsschatz in der Planung und im Bau robotergestützter Entgratzellen.

Die aktuelle Ausführung der Zelle entgratet die Bohrungsverschneidungen im Inneren der Tieflochbohrungen mechanisch. Dazu wird das schnell rotierende Werkzeug, das über bewegliche Schneiden verfügt, in die Hauptbohrungen der Antriebswelle eingeführt. Mittels Druckluft werden die Schneiden dann an der gewünschten Position ausgeklappt, wo sie schließlich die Grate an den Querbohrungen vollständig entfernen. Die Oberflächen des Werkstücks werden dabei nicht beschädigt, denn die Schneidkraft wird über den Mediendruck angepasst.

Weil das Schneidensystem keine Federelemente benötigt, kann das Werkzeug ohne Qualitätseinbußen mit hohen Vorschüben von 0,25 bis 0,6 mm pro Umdrehung, je nach Werkstoff, und hohen Drehzahlen von 1 000 bis 20 000 Umdrehungen pro Minute arbeiten. „Auf diese Weise können wir nicht nur die Sekundärgrate vollständig beseitigen, was natürlich einen großen Einfluss auf die Produktqualität hat, sondern wir erzielen auch sehr hohe Taktraten“, betont Reinhold Driess, Leiter Prozessplanung bei ZF Getriebe die Vorteile der Entgratzelle. Diese Taktzeiten waren mit den bisher gängigen Entgratmethoden kaum – bei ZF wurde der Prozess in den früheren Getriebebaureihen durch thermisches Entgraten durchgeführt – oder nur durch Parallelisierung verbunden mit hohen Investitionskosten zu erreichen.

Entgratzelle weiter verbessern

Die Entgratzelle verfügt über vier Stationen, die bis zu vier Hauptbohrungen einer Antriebswelle bearbeiten können. Zudem ist die Zelle so konzipiert, dass sich ähnliche Bauteile mit unterschiedlicher Geometrie ohne Umbau oder Werkzeugwechsel entgraten lassen. Nach der Identifikation des jeweiligen Rohlings wird das entsprechende bauteilspezifische Bearbeitungsprogramm automatisch gestartet.

Ein Kuka Roboter KR 30 K mit zwei Parallelgreifern übernimmt das Zu- und Weiterführen sowie das Justieren der Werkstücke. Zudem verfügt die Entgratzelle über eine separate Abblasstation, in der die Werkstücke vor und nach der Bearbeitung von Spänen und Emulsion gereinigt werden; auch diese wird vom Handlingroboter bedient.

2007 wurde – nach einer Entwicklungszeit von knapp einem Jahr – die erste Anlage in Betrieb genommen. Sie beansprucht mit knapp 18 m2 vergleichsweise wenig Produktionsfläche und konnte bei ZF einfach integriert werden. Von Anfang an hat sie sich in der laufenden Serienproduktion bewährt und gemeinsam mit ZF arbeitet Indat an einer weiteren Verbesserung der Entgratzelle. „Solche Anlagen entwickeln sich immer weiter. Verbesserungspotenziale werden gemeinsam definiert. Dabei haben auch künftig die Optimierung von Taktzeiten und die Konstanz der Qualität oberste Priorität“, fasst Reinhard Driess zusammen. Momentan befindet sich eine dritte Zelle im Aufbau. Bei dieser löst eine ausgefeilte automatische Kontrolle nun auch das kritische Problem eines möglichen Bruchs der Schneiden am Werkzeug.