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Artikel und Hintergründe zum Thema

HighTech-Lösung: Automatisierung in Gießereien.

Rauer Umgang mit dem Roboter

Die Stärken von Gelenkarmrobotern bewähren sich besonders überzeugend in Branchen, bei denen traditionell raue und harte Industriebedingungen vorherrschen. Typisch sind Gießereien. Die Arbeiten müssen dort in einer Umgebung bewältigt werden, die überdurchschnittlich hoch mit Staub, Lärm und Schadstoffen belastet ist.

Für das Bearbeiten der Gussprodukte hat ABB das Funktionspaket Force Control entwickelt. Es besteht aus zwei Modulen und eignet sich für unterschiedliche, roboterbasierte Anwendungen der mechanischen Bearbeitung.

Laempe & Mössner, spezialisiert auf Kernschießmaschinen, konzipiert und realisiert Automatisierungslösungen für schlüsselfertige Kernmachereien. Kerne für Gussstücke definieren die Hohlformen von Gussteilen. Analog den verlorenen Formen, die das Äußere des Gussstückes ausmachen, bestimmen Gusskerne das „Innenleben“, zum Beispiel die komplexen Steriometrien von Verbrennungs- und Elektromotoren. Eine beispielhafte Lösung für das Herstellen der Kernpakete arbeitet mit Industrierobotern des Typs IRB 6640. Kameraunterstützt gewährleisten sie Montagezeiten der Kernpakete von weniger als 45 Sekunden. Einen wesentlichen Anteil daran hat die von ABB entwickelte Steuerungsfunktion Truemove. Sie gewährleistet die Bahn- und Wiederholgenauigkeit der Roboterbewegungen und trägt mit einer hohen Arbeitsgeschwindigkeit zu den kurzen Zykluszeiten bei.

Luftpfeifen in Sandformen

Sandformen prägen die äußere Form der Gussstücke. Luftpfeifen heißen die präzise hineingestochenen Kanäle, die beim Einfüllen des flüssigen Metalls die prozessbedingt entstehenden Gase sowie die vorhandene Luft entweichen lassen. Konventionell stechen erfahrene Former die Luftpfeifen entweder manuell oder mit hydraulisch-maschinellen Vorrichtungen. Völlig anders die von ABB entwickelte automatisierte Lösung. Aus der zentralen Datenbank parametriert das Formanlagen-Leitsystem den Roboter IRB 6620 mit dem Funktionspaket Flex-Mould-Venter und dem Führungswerkzeug für die Nadel. Ohne "Medienbruch" übernimmt die Steuerungssoftware des Roboters die 3D-CAD-Daten des Werkstückes als Basis für das Luftpfeifenstechen. Aus der Datenbank können die Werker außerdem Werkstück- sowie Geometriedaten und Informationen zum optimalen Belegen der Formkästen abrufen. Damit geht die Vorbereitungszeit gegen Null. Zusätzliche Funktionen gewährleisten eine reproduzierbare Qualität, denn Sensoren erkennen und melden zum Beispiel Nadelverbiegungen oder -brüche. Der rechtzeitige Nadelaustausch vermeidet Ausschuss. Die digitale Datentechnik stellt optional Informationen über Stechkräfte zur Prozessüberwachung, sicherheitsrelevante sowie Daten zur Verwaltung zur Verfügung.

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Flexible Automation und Gießen statt Spanen

Ein besonders Automationskonzept mit innovativen Detaillösungen stellt der Wechsel hinsichtlich der in ein gegossenes Getriebegehäuse einzuarbeitenden Ölkanäle dar: Statt diese Leitungen wie üblich nach dem Gießen per spanender Bearbeitung zu erzeugen, legen Roboter jetzt in die Druckgießform 3D-gebogene Rohrleitungen ein. Die vom Unternehmen ZF hergestellten Acht-Gang-Automatgetriebe (8HP) der neuen Generation sparen im Vergleich zum Sechs-Gang Modell (6HP) bis zu elf Prozent Kraftstoff, übertragen ein höheres Drehmoment, verbessern die Fahrleistungen, reduzieren die CO2-Emissionen - und dies bei gleichen Abmessungen. Um die höhere Leistung zu gewährleisten, müssen die Kanäle das Öl gezielt an definierte Stellen innerhalb des Getriebes transportieren. Die gebogenen Rohrstücke müssen exakt positioniert sein. Ebenso sind auch die definierten Fertigungsbedingungen inklusive Störkonturen der Form zu beachten. Ein Ergebnis der Simulationen und Versuche ist die spezifische Roboterhand beziehungsweise ihr Greifer. Er ist so ausgelegt, dass er sowohl Einzelrohre als auch Rohrpakete vom Palettenförderer greifen und sie sicher in die Form einlegen kann. Die Bewegungen des Handlingroboters IRB 6640 und die zusätzlichen des komplexen Greifers koordiniert die Robotersteuerung IRC5.

Die Funktion der vorhandenen Druckgießzellen ist so erweitert, dass aus je einer 6HP-Zelle eine „Sowohl-6HP- als auch 8HP-Zelle“ wurde. Hinzu kommen neue Zellen ebenfalls für 8HP- oder wahlweise 6HP-Getriebe. Sie führen die Prozessschritte Druckgießen des Gehäuses, Entnehmen des Gehäuses, Handling zwischen Teilekontroll-, Gravier-, Grob- und Feinentgratstationen sowie anschließendem Sandstrahlen aus. Für die 8HP-Produktion kommen die Schritte Einlegen der Rohrelemente und Lageerkennung hinzu. Die Handlingaufgabe in der Gießzelle übernehmen Roboter IRB 6640, die sich auf Verfahrachsen bewegen. In der Finishzelle im Anschluss an das Sandstrahlen arbeitet der IRB 6620.

Gussputzen

Die konventionelle Vorgehensweise beim robotergestützten Entgraten, Schleifen und Polieren des gegossenen Teiles erfordert ein zeitintensives Programmieren des Roboterpfads. Für das optimierte automatische Bearbeiten von Gussprodukten hat ABB das Funktionspaket Force Control (FC) Machining entwickelt. Es besteht aus den Modulen FC Pressure und FC Speedchange und bewährt sich in unterschiedlichen, roboterbasierten Anwendungen der mechanischen Bearbeitung. Das Modul Pressure ermöglicht dem Roboter das Gussputzen, Entgraten, Schleifen und Polieren unter konstantem Druck zwischen Werkzeug und der zu bearbeitenden Werkstückoberfläche. Dabei folgt der Roboter der Oberflächenkontur des Werkstücks durch Abtasten mit einem Kraftsensor. Die Komponente Speedchange übernimmt das Entgraten von Formteilen und Gussstückoberflächen mit kontrollierter Geschwindigkeit. Bei unverhältnismäßig großen Materialabnahmen beziehungsweise exzessiven Entgratungsarbeiten reduziert Speedchange automatisch die Geschwindigkeit des Roboters.

Weiterbearbeiten von Gussprodukten

Die Komplettbearbeitung von Gehäusen sowie das gelungene Zusammenspiel unterschiedlicher Technologien zeigt eine intelligente, vollautomatisierte Lösung. Den Mittelpunkt bildet das Handling, das eine Roboterportalanlage von ABB leistet.

Die Gehäuse erreichen ein Endgewicht von knapp 20 Kilogramm. Eine kritische Größe bilden die Stückzahlen, die saisonal bedingt zwischen 20 und 120 Prozent schwanken. Das bedeutet, die Fertigungslinie muss hinsichtlich der Werkstücke und Bearbeitungsmöglichkeiten sehr flexibel sein. Die große Zahl der Endbearbeitungsoperationen am Werkstück muss bei hoher Auslastung wegen der geforderten Taktzeit parallel in mehreren Bearbeitungszentren (BAZ) erfolgen. Ein klassisches Fräs- oder Dreh-BAZ allein könnte diese Aufgaben nicht erfüllen. Deshalb ist die mechanische Bearbeitung in der Fertigungslinie für Situationen hoher Auslastung auf ein Rundtaktzentrum und drei BAZ aufgeteilt. Die Belade-Portalanlage IRB 6620LX stammt von ABB.

Gerd Trommer/bw

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