Beim Entgraten von undefinierten Geometrien, wie zum Beispiel bei Gusswerkstücken, werden zum Verputzen häufig Bürsten eingesetzt. Die Bürste wirkt als nachgiebiges, abrasives Element. Trotz dieser Eigenschaft ist die Standzeit der Bürste ausserhalb der manuellen Entgratung häufig gering und die Qualität des Bürstens unregelmässig und daher «nicht prozesssicher».

Neuer Inhaber:
Zur Person von Patrick Wirz

Der 39-jährige Patrick Wirz ist auf der Schweizer Seite des Bodensees aufgewachsen, ist verheiratet und hat 3 Kinder im Alter von 5, 7 und 8 Jahren. Nach seiner Erstausbildung zum Polymechaniker mit Berufsmatura absolvierte er das Studium zum Maschinenbauingenieur (MSc) am Technikum in Winterthur. Zwischen dem Bachelor- und Masterstudium sammelte er Berufserfahrung in der orthopädischen Forschung am IORE in Houston, Texas. Nach seiner Rückkehr in die Schweiz und dem erfolgreichen Studienabschluss begann er bei der Firma Humbel in Kradolf. Seine berufliche Karriere begann er als Entwicklungsingenieur und konnte im Laufe der Zeit sowohl vielfältige fachliche Aufgaben als auch verantwortungsvolle Führungspositionen erfolgreich übernehmen. Sein beruflicher Werdegang führte ihn zuerst in die Position des Technikleiters, anschliessend zum Gruppen-CTO, bevor er in den letzten 4 Jahren die Rolle des CEO der Humbel Zahnräder AG mit grossem Engagement und Erfolg übernahm. Interimistisch führte er während dieser Zeit weitere Bereiche und Abteilungen. Berufsbegleitend absolvierte er zunächst das KMU-Intensivstudium und erweiterte später seine Expertise mit einem Executive MBA an der Universität St. Gallen.

Patrick Wirz sagt über seinen Wechsel:
«Die technisch hervorragenden Produkte, die bestens ausgebildeten Mitarbeitenden und das aktuell grosse Marktpotenzial dienen als solides Fundament für den zukünftigen Erfolg der Firma. Mein Ziel ist es, den fest etablierten Ansatz als Lösungsanbieter im Bereich der Entgratungs- und Beschriftungswerkzeuge weiterzuentwickeln und auszubauen. Der Kundennutzen wird auch in Zukunft stets im Zentrum unserer Überlegungen stehen. Um unsere Kunden ideal unterstützen zu können, wird der Fokus nicht nur darin liegen, die Anwendungstechnik weiter aufzubauen, sondern auch darin, Handelspartner in den ausländischen Märkten aufzubauen. Zentral wird die Zusammenarbeit und Kooperation mit Maschinen-OEM und Technologiepartnern liegen. Auch hier mit dem Anspruch, «decision for the best», also die bestmögliche Entscheidung zu treffen und höchste Qualität zu gewährleisten.»

Heutzutage werden Werkstückbeschriftungen häufig als zusätzlicher Prozessschritt durchgeführt. Dies passiert ausserhalb des Hauptprozesses auf einer Laserbeschriftungsmaschine, von Hand, mit Schlagzahn oder mit einer externen Prägemaschine.

In sicherheitsrelevanten Anwendungen sowie generell bei Komponenten mit erhöhten Anforderungen an die Prozesssicherheit und Gewährleistung, werden, zusätzlich zur Teileidentifikation, auch Betriebsauftragsnummer sowie die Teilenummer zur Dokumentation der Fertigungsreihenfolge aufgebracht.

Durch die Möglichkeit der integrierten Beschriftung in der CNC-Maschine, zum Beispiel durch den Einsatz von CNC-Nadelprägenwerkzeugen, kann eine hundertprozentige Dokumentation und Rückverfolgbarkeit bis zur Fertigungsreihenfolge sichergestellt werden. Und dies mit einem Vorgehen, welches häufig schneller ist als Gravieren. Das Vorgehen kostet auch weniger als das Laserbeschriften, da ein zusätzlicher Arbeitsschritt, und somit massgeblich das Teilehandling zwischen den Prozessen, entfällt.

Die Kostenoptimierung endet nicht bei der Automatisierung des Hauptbearbeitungsprozesses. Weitere Ansätze sind die Integration von Subprozessen in den Hauptprozessen.

Bei der Integration des Beschriftens in den Hauptprozess, wie zum Beispiel durch CNC-Nadelpräger, können die Kosten sowie die Gesamtdurchlaufzeit häufig reduziert und die Sicherheit der Rückverfolgbarkeit erhöht werden. Beispielsweise setzt auch die Luftfahrtindustrie, mit ihren maximalen Anforderungen an die Sicherheit der Bauteile, dieses Konzept in der Breite erfolgreich ein.

Anforderungen an die Rückverfolgbarkeit der Produktionsprozesse nehmen stetig zu. Insbesondere bei sicherheitsrelevanten Teilen in Raum- und Luftfahrt, jedoch auch im allgemeinen Fahrzeug- oder Maschinenbau ist dies heute relevanter denn je.

Vorteile der Produktkennzeichnung mit Codes

Für die Produktkennzeichnung haben sich QR-Codes, auch «DataMatrix»-Codes genannt, schon länger etabliert. Diese Art der Kennzeichnung bietet verschiedene Vorteile: So können auf verhältnismässig kleiner Fläche sehr viele Informationen aufgebracht werden. Gleichzeitig ist es möglich, bei Bedarf auch individuell erforderliche Informationen aus der Maschinensteuerung auszulesen und direkt in die Beschriftung einfliessen zu lassen. Bei der Weiterverarbeitung der Teile werden die Daten dann automatisch gescannt und elektronisch im EDV-System verwaltet. Auch in der zerspanenden Fertigung wird diese Kennzeichnungsform für die Teilekennzeichnung in immer mehr Firmen eingesetzt.

Umsetzung in der Praxis

Für die Beschriftung der Codes sind auf dem Markt verschiedene Verfahren erhältlich. In erster Linie handelt es sich dabei um Laserbeschriftungsanlagen und Nadelpräger. Mit diesen Anlagen erfolgt die Markierung der gefertigten Teile jedoch immer in einem separaten Arbeitsschritt. Als Alternative besteht die Möglichkeit, die Teile mit der entsprechenden Markierung auch direkt auf der CNC-Maschine zu versehen. Damit können beliebige Informationen, wie beispielsweise die Fertigungszeit oder Serien-Nummerierungen unmittelbar in Echtzeit auf das eben gefertigte Werkstück übertragen werden. Dafür werden in der Regel entsprechend konzipierte Nadelprägewerkzeuge eingesetzt. Wie konventionelle Zerspanungswerkzeuge werden diese über den automatischen Werkzeugwechsler der CNC-Maschine eingewechselt. Aufgrund der im Werkzeug integrierten Impulssteuerung muss für die Nadelschwingung lediglich Druckluft oder die innere Kühlmittelzufuhr zugeschaltet werden.

Vor- und Nachteile dieses Vorgehens

Der Vorteil dieses Ablaufs besteht in der Einsparung des Zusatzaufwands, da die Teile nicht nochmals in die Hand genommen und in die Beschriftungsmaschine eingelegt werden müssen. Zudem ist so die grösstmögliche Prozess-Sicherheit gewährleistet, da jedes Teil bereits mit der korrekten Beschriftung versehen aus der Fertigungsmaschine kommt.

Es gibt aber auch einen negativen Aspekt zu berücksichtigen: Aufgrund dieses Ablaufs wird die Fertigungszeit jedes Teils verlängert, da die Beschriftung dabei nicht zeitparallel auf einer separaten Maschine erfolgt. Demzufolge muss individuell beurteilt werden, wann die Direktbeschriftung auf der CNC-Maschine sinnvoll ist und wann die nachträgliche Markierung mittels separater Beschriftungsmaschine besser geeignet ist. Dafür gibt es verschiedene Entscheidungskriterien wie Prozess-Sicherheit, Fertigungszeit der Teile, Serien-Grösse, Gewicht und Grösse der gefertigten Teile. Und auch die personelle und organisatorische Situation spielt eine Rolle.

Bei der Prozess-Sicherheit ist die Fragestellung wichtig, inwiefern absolut gewährleistet sein muss, dass keine Verwechslungen passieren dürfen und wirklich jedes Teil mit der korrekten Beschriftung versehen sein muss.

Bei der Fertigungszeit der Teile spielt eine grosse Rolle, in welchem Verhältnis der Zeitaufwand für die effektive Fertigung sowie für die Markierung eines Teils steht.

Es kommt aber auch auf die Serien-Grösse an und darauf, wie sich die Verlängerung der Fertigungszeit in Summe über eine komplette Serie auswirkt.

Je nach Grösse und Gewicht der gefertigten Teile sollte der Aufwand sowohl bei der Handhabung, als auch bei eventuell zusätzlich entstehenden Transports der Teile abgewogen werden.

Abschliessend sollte auch die personelle und organisatorische Situation in Betracht gezogen werden: Wie einfach ist es für die Mitarbeiter in der Fertigung, die Teile nachträglich in einem separaten Arbeitsgang zu beschriften?

Interessiert Sie das Thema «Auswahl der geeignetsten Beschriftungsmethode»? In der aktuellen Ausgabe des Magazins «GravostarNews» finden Sie eine Tabelle mit einer Aufstellung der verschiedenen Verfahren sowie die damit verbundenen Vor- und Nachteile.

Bei den meisten im Pressverfahren hergestellten Teilen entsteht bei der Formtrennung ein vorstehender Grat. Beispiele dafür sind Armaturenteile, Gehäuse, Aluminiumfelgen oder Motorradfelgen aus Carbon – dem konkreten Beispiel der folgenden Fallstudie. Bei der Auswahl des optimalen Entgratverfahrens spielen unter anderem folgende Faktoren eine Rolle: die Stärke des Grates, die Werkstückkontur sowie die erforderliche Entgratqualität. Doch eine Frage steht im Zentrum: Wie kann die Nachbearbeitung solcher Teile automatisiert erfolgen?

Verschiedene Herausforderungen

Diese Aufgabenstellung beinhaltet gleich mehrere unbekannte Komponenten, für welche Lösungen gefunden werden müssen:

1. Keine Verletzung der Felgenform: Als oberste Priorität gilt , dass die Grundstruktur der Felge auf jeden Fall unbearbeitet bleiben muss.
2. Ungenaue Positionierung: Aufgrund des Fertigungsprozesses und der Form der Felgen, die aus verschiedenen Radien besteht, ist eine genaue Positionierung nicht möglich.
3. Ungleiche Stärke der Materialüberstände: Aufgrund der Abhängigkeit vom Fliessverhalten kann die Stärke und die Position des vorstehenden Materials im Voraus nicht klar definiert werden.

1. Teillösung: Automatischer Ausgleich der Positionsdifferenzen

Zur Lösung dieser doch recht komplexen Aufgabenstellung muss diese zerlegt werden: Im ersten Schritt gilt es eine Lösung zu finden, wie die jeweiligen Mass- und Positionsdifferenzen kompensiert werden können. Zu diesem Zweck sind auf dem Markt Werkzeuge mit seitlich auslenkbarer Spindel erhältlich. Normalerweise werden diese vorwiegend für das automatisierte Entgraten von Teilen mit undefinierten Kanten eingesetzt.

2. Teillösung: Sonderfräser mit integriertem Anschlagsystem

Wie bereits beschrieben muss bei der Nachbearbeitung sichergestellt sein, dass ausschliesslich die vorstehenden Materialreste abgetragen werden. Das heisst, die Grundstruktur der Felge muss auf jeden Fall unverletzt bleiben.
Um dies zu gewährleisten, werden bei der Nachbearbeitung Sonderfräser mit integriertem Anschlag eingesetzt. Je nach Anwendung und vorhandenen Platzverhältnissen besteht dieser aus einer Führungsrolle oder einem Kugellager, welches sich auf der Materialkante abrollt. In Kombination mit der auslenkenden Werkzeugspindel werden mit dieser Werkzeugeinheit selbst Abweichungen von der Werkstück-Kontur zur Programmierung automatisch kompensiert.
Das Ergebnis: Übergangslos abgefräste Materialreste und Grate bei gleichzeitiger Sicherheit, dass nicht in die Teilekontur hineingefräst wird.

Kostenreduktion bei gleichzeitiger Qualitätsverbesserung

In der Produktion wirkt sich die Umstellung auf diese Werkzeuglösung in mehrfacher Hinsicht positiv aus: Während früher die Teile zuerst mit Zugabe vorgefräst und danach sorgfältig von Hand nachbearbeitet werden mussten, läuft heute der komplette Prozess vollautomatisiert ab. Mit der damit verbundenen Zeit- und Kosteneinsparung geht zusätzlich eine Erhöhung der Prozesssicherheit einher.

Haben Sie Fragen zum Thema “Abfräsen von überstehenden Graten an Pressteilen“? Kontaktieren Sie uns.

Der hier beschriebene Anwendungsfall wird auch Thema meines Fachvortrags am 27. April 2023 sein. Das Referat ist Bestandteil des Forums der “Fachtagung Entgrattechnologien und Präzisionsoberflächen“, welche vom 26. und 27. April in Nürtingen stattfindet. Weitere Informationen dazu finden Sie unter Termine auf unserer Webseite.

Die meisten schweissbaren Stahlarten sind für die zerspanende Bearbeitung aufgrund der Legierungsbestandteile nicht optimal geeignet. Das bedeutet, dass beim Überfräsen von Schweissteilen oftmals ein starker und zäher Grat entsteht.

Grosser Aufwand beim manuellen Entgraten

Während Grate aus Automatenstahl oder Gusswerkstoffen leicht mit Handentgratmaschinen entfernt werden können, ist bei geschweissten Teilen ein erhöhter Aufwand erforderlich: Nebst grösseren Maschinen wird dafür auch wesentlich mehr Zeit benötigt. Somit ist das manuelle Entgraten von Schweissteilen nur bei kleinen Stückzahlen sinnvoll. Bei grösseren Serien ist daher eine automatisierte Lösung gefragt.

Herausforderungen beim automatisierten Entgraten

Je nach Grösse und Komplexität betragen die Masstoleranzen an Schweissteilen meistens mehrere Millimeter. Zusätzlich kommen bei der Werkstückspannung für die Nachbearbeitung oftmals noch zusätzliche Positionsdifferenzen dazu. Die Teilebearbeitung und das Entgraten sollte aus Effizienzgründen auf einer Maschine mit derselben Aufspannung erfolgen. Dabei ist aufgrund der Massbeziehungsweise Positionsdifferenzen der zu entgratenden Kanten eine entsprechende Lösung gefordert. Die gute Nachricht: Seit mehreren Jahren sind dafür Entgratwerkzeuge mit auslenkbaren Spindeln erhältlich, welche die Differenzen zwischen programmierter und effektiver Werkstück-Kontur automatisch ausgleichen.

Prozess-Sicherheit ist entscheidend

Voraussetzung für einen automatisierten Prozess ist jedoch ein absolut zuverlässiger Ablauf. Dabei werden beim Entgraten von Schweissteilen an das Entgratwerkzeug erhöhte Anforderungen gestellt. Denn abhängig von der Bearbeitungsrichtung entstehen am gleichen Teil oftmals unterschiedlich starke Grate. Mit entsprechenden Werkzeuglösungen und dazu passenden Fräsern ist es aber trotzdem möglich, alle Kanten mit einer gleichmässigen Entgratung zu versehen. Beim Kauf des Entgratwerkzeugs lohnt es sich deshalb, auf einen kompetenten Lieferanten mit der nötigen Erfahrung bei entsprechenden Anwendungen zu vertrauen.

Haben Sie Fragen zum Thema “Automatisierte Lösungen zum Bearbeiten von Graten an überfrästen Schweissteilen“? Kontaktieren Sie uns.