Können Entgraten und Reinigen in einer Maschine durchgeführt werden? Integrierte Entgrat- und Reinigungslösungen

Übersicht

Bearbeitungsspäne mögen unbedeutend erscheinen, doch sie können während Montage und Betrieb zu einer ernsthaften Kontaminationsquelle werden.

An Bohrungen, Kanten und sich kreuzenden Kanälen entstehende Späne können sich beim Handling von Komponenten oder beim Betrieb von Geräten lösen. Sobald sie abgelöst sind, können diese Partikel in Ölkanäle, Hydrauliksysteme oder präzise Fügeflächen eindringen.

Traditionell erfolgen Entgraten und Reinigen an separaten Maschinen. Das Werkstück muss vom Entgratprozess zum Reinigungsprozess transferiert werden, was zusätzliches Handling, potenzielle Beschädigung und Risiken einer erneuten Kontamination mit sich bringt.

Ein integrierte Entgrat- und Reinigungsmaschine vereint beide Prozesse zu einem einzigen Fertigungssystem.

Dieser Artikel erläutert, wie der kombinierte Prozess funktioniert, vergleicht gängige Entgratverfahren und untersucht, wo eine integrierte Entgrat- und Reinigungslösung Mehrwert bietet.

1. Warum stellen Bearbeitungsspäne eine Kontaminationsquelle dar?

Bearbeitungsverfahren erzeugen üblicherweise Späne an:

• Bohrungsöffnungen
• Bearbeitete Kanten
• Sich kreuzende Bohrungen
• Ölkanälen
• Nockenwellenbohrungen
• Kurbelwellenbohrungen
• Zylinderlaufbuchsen

Obwohl diese Grate klein sind, können sie während der nachfolgenden Montage oder des Betriebs zu freien Partikeln werden.

Ein Grat kann sich bereits während der Komponentenhandhabung lösen und eine bereits gereinigte Gegenfläche oder einen Ölpfad verunreinigen. Ein fest haftender Grat kann zudem später infolge von Vibrationen während des Gerätebetriebs abbrechen.

Bei Komponenten für Motoren, Hydrauliksysteme und andere Präzisionsbaugruppen kann dies die Sauberkeitsleistung unmittelbar beeinträchtigen.

Daher können Sauberkeitsspezifikationen nicht nur die Restverschmutzung nach Gewicht, sondern auch Anforderungen an gratentfernung und Partikelbildung .

Eine konventionelle Fertigungsroute lautet:

Entgratmaschine → Transport → Reinigungsmaschine

Ein integriertes System ändert dies in:

Entgraten → Reinigen → Trocknen

innerhalb derselben Anlage.

2. Drei Probleme bei getrenntem Entgraten und Reinigen

2.1 Zusätzlicher Werkstücktransport

Das Bauteil muss zwischen zwei Maschinen transferiert werden.

Bei präzisionsbearbeiteten Komponenten kann zusätzliche Handhabung das Risiko erhöhen für:

• Oberflächenschäden
• Kollision oder Aufprall
• Positionsfehler
• Zusätzliche manuelle Handhabung

Die Reduzierung unnötiger Transfers kann den Materialfluss vereinfachen.

2.2 Wiederkontamination

Entgraten erzeugt selbst Späne, Gratsplitter und feine metallische Partikel.

Wenn diese Rückstände vor dem nächsten Prozessschritt nicht wirksam entfernt werden, kann die Verschmutzungsbelastung, die in den Reinigungsprozess eingeht, zunehmen.

Bei einer integrierten Maschine kann das Werkstück unmittelbar nach dem Entgraten in den Reinigungsprozess übergehen.

2.3 Zusätzlicher Platzbedarf und Investition

Zwei unabhängige Maschinen benötigen getrennte Standflächen und erfordern in der Regel zusätzliche Transfereinrichtungen, Puffer und manuelle Bedienung.

Ein integriertes System kann diese Funktionen je nach erforderlicher Prozesskonfiguration in einer einzigen Fertigungszelle zusammenfassen.

3. Drei gängige Entgratverfahren

Unterschiedliche Bauteilgeometrien erfordern unterschiedliche Entgratansätze.

Bürstenentgraten

Ein Roboter führt eine Bürste, um einzelne Lochöffnungen, Kanten und andere festgelegte Bereiche zu bearbeiten.

Bürstenentgraten bietet hohe Flexibilität und eignet sich insbesondere für:

• Komplexe Oberflächen
• Unregelmäßige Lochöffnungen
• Mehrere Komponentenvarianten
• Große Anzahl von Entgratstellen

Robotergestütztes Bürstenentgraten ermöglicht die Programmierung des Werkzeugwegs entsprechend der Komponentengeometrie.

Werkzeugbasiertes Entgraten

Spezielle Schneidwerkzeuge können zum Abschrägen oder Abkratzen regelmäßiger Lochöffnungen eingesetzt werden.

Im Vergleich zum Bürstenentgraten kann die werkzeugbasierte Bearbeitung eine höhere Konsistenz und Effizienz bieten, wenn:

• Die Lochgeometrie stabil ist
• Das Produktionsvolumen hoch ist
• Die Entgratstellen eindeutig definiert sind

Nasses Entgraten

Die Nassentgratung erfolgt in einer Umgebung mit Schneidflüssigkeit oder Reinigungsflüssigkeit.

Die Flüssigkeit sorgt während der Bürstenbearbeitung für Schmierung und Kühlung und kann das Risiko einer durch Reibung und Wärme verursachten Oberflächenverfärbung verringern.

Sie kann zudem die Standzeit der Bürsten verlängern.

In realen Produktionssystemen müssen diese Verfahren nicht zwangsläufig unabhängig voneinander eingesetzt werden. Bürsten- und werkzeugbasierte Entgratung können je nach Bauteilgeometrie und Gratmerkmalen kombiniert werden.

4. Beispiel: Robotergestützte Entgratung eines Sechszylinder-Dieselmotorgehäuses

Ein repräsentatives Entgratungssystem für ein Sechszylinder-Dieselmotorgehäuse nutzt zwei Roboter mit Bürsten zur flexiblen Entgratung definierter Oberflächen und Bohrungen.

Ein austauschbares Werkzeug-Elektrospindel ermöglicht den Einsatz verschiedener Bürstenkonfigurationen an derselben Spindel.

Das System verwendet außerdem nasses Entgraten um das Risiko einer Oberflächenverdunkelung zu verringern und die Lebensdauer der Bürsten zu verlängern.

Schlüsselparameter

• Zykluszeit: 210 Sekunden/Stück
• Laden/Entladen: Automatischer Rollenförderer
• Entgratungsverfahren: Zwei robotergestützte Bürstensysteme
• Werkzeugsystem: Austauschbare Bürstenkonfiguration mit elektrischer Spindel
• Verfahren: Nasses Entgraten
• Entgratungsbereich: Oberseite, Unterseite, vordere und hintere Stirnflächen, Öl-Pumpenseite, Ölleitungsöffnungen, Nockenwellenbohrungen, Kurbelwellenbohrungen und Zylinderbohrungsöffnungen

Diese Konfiguration zeigt, warum robotergestütztes Entgraten besonders nützlich für Motorblöcke mit einer großen Anzahl von Bearbeitungsmerkmalen ist.

5. Integrierter Entgrat- und Reinigungsprozess

Eine typische integrierte Produktionsabfolge lautet:

Beladen → Entgraten → Gesamtreinigung → Gezielte Hochdruckreinigung → Spülen → Luftabblasen → Vakuumtrocknung → Entladen

Die Reihenfolge ist entscheidend.

Das Entgraten muss vor der Endreinigung erfolgen.

Beim Entgraten entstehen Gratsplitter und Bearbeitungspartikel. Würde das Bauteil zuerst gereinigt und anschließend entgratet, könnten die neu entstandenen Partikel auf bereits gereinigten Oberflächen verbleiben.

Dies würde einen neuen Kontaminationszyklus erzeugen und möglicherweise eine weitere Reinigungsoperation erforderlich machen.

Der wesentliche Vorteil der Integration besteht daher nicht einfach darin, eine Maschine einzusparen.

Es ist die Fähigkeit, einen kontinuierlichen Prozess aufzubauen:

Entgraten → Unmittelbare Reinigung → Trocknen

damit Partikel, die beim Entgraten entstehen, entfernt werden, bevor das Bauteil die Produktionszelle verlässt.

6. Beispiel: Reinigungs- und Entgratmaschine für Pkw-Motorblöcke

Ein repräsentatives System für Pkw-Motorblöcke kombiniert robotergestützte Reinigung mit Bürsten- sowie werkzeugbasierter Entgratung.

Der Reinigungsprozess umfasst:

• Turbulente Gesamtreinigung
• Gezielte Reinigung
• 32-MPa-Hochdruckreinigung
• Druckblockreinigung
• Spülen
• Trocknen

Die Anlage integriert zudem robotergestützte Bürsten- und Werkzeugentgratung.

Schlüsselparameter

• Gerätegröße: Ca. 10 × 7 × 4,5 m
• Einstellbarer Taktbereich: 20 Sekunden bis 20 Minuten
• Sauberkeit: ≤1–5 mg
• Hauptölkanal-Partikelgröße: ≤600 μm
• Trocknen: Keine sichtbaren Wasserflecken
• Kühlung: Werkstücktemperatur ≤ Umgebungstemperatur ±3 °C beim Entladen

Die breite einstellbarer Zyklusbereich von 20 Sekunden bis 20 Minuten ist besonders relevant für flexible Fertigung.

Eine einzelne Maschinenkonfiguration kann verschiedene Produktionsmodi bewältigen – von kleineren Losgrößen mit vielen Varianten bis hin zu größeren Losgrößen für ein einzelnes Bauteil – vorausgesetzt, die Ausrüstungskonfiguration und die Produktionsanforderungen sind kompatibel.

7. Wo werden integrierte Entgrat- und Reinigungsmaschinen eingesetzt?

Bauteile mit komplexen Lochmustern

Motorblöcke, Zylinderköpfe, Ventilgehäuse und ähnliche Komponenten können Dutzende oder sogar Hunderte von Bearbeitungsmerkmalen enthalten.

Manuelles Entgraten wird zunehmend schwieriger, je mehr Löcher und Kanten vorhanden sind.

Robotersysteme ermöglichen programmierbare und wiederholgenaue Bearbeitung.

Bauteile mit hoher Reinheitsanforderung

Burrfragmente stellen selbst eine Kontaminationsquelle dar.

Die unmittelbare Integration der Reinigung nach dem Entgraten verkürzt die Zeit, während der neu entstandene Partikel auf dem Bauteil verbleiben.

Mehrfachvariantenfertigung

Programmierbare Roboter in Kombination mit austauschbaren Bürsten und Werkzeugen können mehrere Bauteilvarianten unterstützen.

Dies ist insbesondere dann nützlich, wenn mehrere Teilenummern dieselbe Fertigungsstraße teilen.

Präzisionsbearbeitete Bauteile

Die Reduzierung von Zwischenhandhabungen kann helfen, das Risiko von Kollisionen oder Kratzern nach der Bearbeitung zu verringern.

Der genaue Nutzen hängt von der Bauteilgeometrie und der Anordnung der Produktionszelle ab.

8. Wie wählt man zwischen Bürsten- und Werkzeugentgraten?

Es gibt keine einzige Entgratmethode, die für jedes Bauteil geeignet ist.

Bürstenentgraten ist im Allgemeinen flexibler und eignet sich für komplexe Oberflächen, unregelmäßige Öffnungen sowie Fertigung mit mehreren Varianten.

Werkzeugbasiertes Entgraten kann bei regelmäßiger Lochgeometrie und stabilen Produktionsbedingungen eine hohe Konsistenz und Effizienz bieten.

Für einige Anwendungen können beide Verfahren kombiniert werden.

Eine elektrische Spindel mit austauschbaren Bürsten und Werkzeugen ermöglicht es dem System, je nach programmiertem Prozess zwischen verschiedenen Entgratungsoperationen zu wechseln.

Die geeignete Konfiguration sollte bestimmt werden anhand von:

• Gratlage
• Korngröße
• Lochgeometrie
• Material der Komponente
• Oberflächenanforderungen
• Produktionsvolumen
• Anzahl der Komponentenvarianten
• Erforderliche Taktzeit

FAQ

Können Entgraten und Reinigen wirklich in einer Maschine abgeschlossen werden?

- Ja, das ist es.

Ein integriertes Entgrat- und Reinigungssystem kann Entgraten, Reinigen, gezieltes Hochdruckreinigen, Spülen, Trocknen sowie andere erforderliche Prozesse innerhalb einer einzigen Produktionszelle kombinieren.

Die genaue Prozessreihenfolge hängt von der Komponente und den Reinheitsanforderungen ab.

Welche Vorteile bietet das Nassentgraten?

Beim Nassentgraten wird während des Entgratvorgangs Schneidflüssigkeit oder Reinigungsflüssigkeit verwendet.

Die wichtigsten Vorteile sind die Verringerung von reibungsbedingter Oberflächenverfärbung sowie Schmierung und Kühlung, was zudem die Lebensdauer der Bürste verlängern kann.

Die spezifische Flüssigkeit und die Prozessbedingungen sollten entsprechend dem Werkstoff der Komponente und den Produktionsanforderungen ausgewählt werden.

Sollte das Bürstenentgraten oder das werkzeugbasierte Entgraten eingesetzt werden?

Das Bürstenentgraten bietet größere Flexibilität und eignet sich für komplexe Oberflächen sowie unregelmäßige Bohrungen.

Das werkzeugbasierte Entgraten liefert im Allgemeinen eine höhere Konsistenz und Effizienz bei regelmäßigen Bohrungsgeometrien und stabilen Hochvolumen-Produktionen.

Einige Produktionssysteme kombinieren beide Verfahren und wechseln automatisch zwischen den Werkzeugen gemäß dem programmierten Prozess.

Kann die Prozessreihenfolge umgekehrt werden?

Für einen integrierten Entgratungs- und Reinigungsprozess sollte die Entgratung normalerweise vor der endgültigen Reinigungsoperation erfolgen.

Die Entgratung erzeugt Partikel. Würde die Entgratung nach der endgültigen Reinigung durchgeführt, könnten diese Partikel das gereinigte Bauteil kontaminieren und möglicherweise einen zusätzlichen Reinigungsschritt erforderlich machen.

Wie breit kann der Zykluszeitbereich sein?

Der erreichbare Bereich hängt von der Gerätekonfiguration und den Prozessanforderungen ab.

Ein repräsentatives Reinigungs- und Entgratungssystem für Pkw-Motorenblöcke weist einen einstellbaren Zykluszeitbereich von 20 Sekunden bis 20 Minuten .

Ein so breiter Bereich kann unterschiedliche Produktionsanforderungen unterstützen, insbesondere flexible Fertigungslinien, die mehrere Bauteilvarianten verarbeiten.

Fazit

Entgratung und Reinigung müssen nicht zwangsläufig als zwei vollständig getrennte Produktionsprozesse betrachtet werden.

Bei Motorenblöcken, Zylinderköpfen, Ventilgehäusen und anderen komplexen zerspanten Komponenten ermöglicht die Integration robotergestützte Entgratung + industrielle Reinigung kann die Zwischenhandhabung reduzieren, neu entstandene Partikel sofort entfernen und mehrere Prozesse in einer Produktionszelle zusammenfassen.

Bürstentgratung, werkzeugbasierte Gratentfernung und Nassgratentfernung können ebenfalls je nach Komponentengeometrie, Gratmerkmalen, Werkstoff, Produktionsvolumen und Reinheitsanforderungen kombiniert werden.

Für Anwendungen, bei denen sowohl Gratentfernung als auch hohe Reinheit erforderlich sind, bietet eine integrierte Gratentfernungs- und Reinigungsmaschine die Möglichkeit, diese beiden Prozesse zu einem kontinuierlichen Produktionsablauf zu verbinden.