Die in Dohna bei Dresden ansässige Diecasting Technologies Center GmbH entwickelt Druckgussteile aus Aluminium und Magnesium. Das Dienstleistungsspektrum des Jointventures der Druckguss Heidenau GmbH und des italienischen Druckgießmaschinenherstellers IDRA Presse S.p.A., Brescia, reicht von der Machbarkeitsstudie und der Konstruktionsberatung für die Teile über die Simulation des jeweiligen Gießprozesses bis hin zum Rapid Prototyping und zur Optimierung der Produktionsparameter für die Serienfertigung. Das im Januar 1999 gegründete DTC bietet die Dienstleistungen neutral, das heißt, unabhängig von den am Jointventure beteiligten Unternehmen an.
Dazu Dipl.-Ing. Bernhard Müller, Project Manager des DTC: „Indem unsere Auftraggeber die sehr zeitaufwändige und personalintensive Entwicklungs‑ und Serienanlaufphase aus dem eigenen Betrieb zu uns verlegen, sparen sie viel Zeit und damit Geld; ein Vorteil, der zusätzlich an Bedeutung gewinnt, da immer höhere Anforderungen an die Komplexität und Qualität der Gussteile gestellt werden. Alles in allem nehmen wir unseren Kunden die Aufgabe ab, unter hohem Zeitdruck bestmögliche Ergebnisse finden zu müssen. Optimale Resultate sind aber notwendig, um beispielsweise die Zykluszeit und Ausschussquote zu reduzieren oder die Standzeit der Gussformen zu verlängern.“
Das DTC bearbeitet die Aufträge in einer modern ausgestatteten Produktionsinsel, in deren Mittelpunkt eine Druckgießmaschine steht. In der Maschine, die mit einer Schließkraft von maximal 25.000 kN versehen ist, lassen sich Aluminium- und Magnesium-Gussteile in Gewichten von rund 40 kg beziehungsweise 30 kg herstellen.
Roboter automatisieren Gießprozess
Durch den Einsatz der drei KUKA-Roboter KR 125 verwandelte das DTC eine ‘normale’ Gießzelle in eine vollautomatische Fertigungsinsel. Somit lässt sich die Serienfähigkeit des gesamten Prozesses, inklusive Entnahme, Abkühlung und Entgratung, nachweisen und gegebenenfalls weiter optimieren.
Zwei der von der KUKA Roboter GmbH, Augsburg, stammenden Roboter nahmen ihren Betrieb Ende Juli 2000 auf, der dritte im April 2001. Während einer der KR 125 als Sprühroboter arbeitet, handhabt der zweite die Druckgussteile. Der zuletzt installierte KR 125 hat die Aufgabe, Bolzen für das Thixo-Verfahren in eine Gießkammer einzulegen.
Das DTC verlangt von den Robotern kurze Zykluszeiten, ein hohes Beschleunigungsvermögen, Wiederholgenauigkeit und eine Verfügbarkeit von nahe 100 Prozent. Wichtig ist auch, dass die KR 125 mit wenig Raum auskommen. Der eine, ohnehin schon Platz sparend auf der Maschine sitzende Roboter wurde deshalb sogar schräg montiert.
Trennmittel gezielt sprühen
„Wir setzen sechsachsige Knickarmroboter ein, weil sie das Trennmittel gezielter aufbringen als zweiachsige Lineareinheiten. Dadurch lassen sich zum Beispiel Problemzonen sicher besprühen. Ferner erreichen wir einen sparsameren Umgang mit dem Trennmittel,“ so Bernhard Müller. „Pro KUKA sprachen die im Vergleich zu Wettbewerbern höhere Geschwindigkeit, das günstigere Preis-Leistungs-Verhältnis und die Bedienerfreundlichkeit.“ Der letzte Punkt betrifft die Windows-Oberfläche des Control Panels der PC-basierenden KUKA-Robotersteuerung, die das Programmieren spürbar vereinfacht.
Die von den Robotern verwendeten Effektoren entwickelte der KUKA-Systempartner FKS maschinenbau GmbH, Berlin. Neben dem Sprühkopf, der mit hohem Luftdruck wasserlösliche Trennmittel aufträgt, sind dies der Greifer für die Thixo-Bolzen und verschiedene Zangen, die das Gussteil nach deren Entnahme entweder am Anguss oder direkt an der Kontur greifen. Fasst der Roboter das Produkt am Anguss, kann er praktisch alle, also selbst größere Teile handhaben. Ist es erforderlich, das Teil auch nach dem Durchlaufen der Stanze noch zu bewegen, muss er es ohnehin an der Kontur greifen.
Für das Handling der heißen Gussteile wurde der betreffende KR 125 mit einer so genannten Foundry-Hand ausgerüstet, die resistent gegen besonders hohe Temperaturen ist. Der Systempartner lieferte die komplette kundenspezifisch konzipierte Automatiserungstechnik der Druckgießzelle; dazu zählen die Roboter, die Greifer, der Sprühkopf, die Stanzpresse und das Förderband.
Effiziente Arbeitsteilung
Die Schilderung eines möglichen Ablaufs soll den Prozess beispielhaft beleuchten. Das DTC bevorratet im Warmhalteofen eine Aluminium-Silizium-Legierung. Der Ofen dosiert das Material, das dann in eine Füllkammer fließt. Dort wird das flüssige Metall unter dem Druck von 750 bar und unter hoher Geschwindigkeit in die Stahlform eingepresst, in der es erstarrt. Die Länge der Erstarrungszeit hängt von der Teilegröße ab; sie liegt zwischen drei und 15 Sekunden. Anschließend öffnet die Maschine, und der KR 125 entnimmt das Gussteil. Im nächsten Schritt positioniert es der Sechsachser vor Sensoren, mit deren Hilfe die Steuerung eine Kontrolle durchführt. Der Rechner prüft, ob das Teil überhaupt vorhanden und ob es vollständig ist. Sollte der Anguss in der Form verblieben sein, darf die nicht geschlossen werden. Danach taucht der Roboter den 300 bis 350°C heißen Guss in ein rund 30°C warmes Abschreckbad. Im Anschluss daran übergibt der KR 125 die Teile einer Abgratpresse, die den Anguss, das heißt den Anschnitt und die umgebenden Grate, automatisch entfernt. In den Ablauf ist auch eine Wendestation integriert, die das Teil, falls nötig, vor dem Einlegen in die Stanzpresse dreht.
Im Sinne einer effizienten Arbeitsteilung sprüht der auf der Maschine installierte KR 125 die Gussform mit wasserlöslichem Trennmittel ein, sobald das vorherige Teil von der Steuerung freigegeben ist. Auf diese Weise wird garantiert, dass sich das nächste Gussstck ebenso leicht entformen lässt. Nach beendetem Sprühvorgang schließt die Maschine wieder und der Zyklus beginnt von vorn.
Alternativen beim Bolzen-Handling
Den dritten KR 125 verwendet das DTC für das Thixo-Guss-Verfahren, bei dem ein Bolzen das sonst übliche flüssige Aluminium ersetzt. Der Roboter legt den Bolzen, der sich in einem teigigen Zustand befindet, in die Füllkammer ein. Beim Einpressen in die Form sinkt die Viskosität des Bolzens drastisch ab. Der aus dieser Methode resultierende Vorteil ist darin zu sehen, dass keine turbulente Formfüllung stattfindet, wodurch die mechanischen Eigenschaften des Druckgussteils verbessert werden. Daher lässt sich das Teil schweißen und wärmebehandeln, Letzteres, um seine Festigkeit und Zähigkeit zu erhöhen.
Der KR 125 greift den Bolzen horizontal oder vertikal. Entweder nimmt der KUKA-Roboter eine Schale mit dem daraufliegenden Bolzen auf, die er dann in die Füllkammer der Maschine entleert, oder er greift den frei auf einem Podest stehenden Bolzen großflächig auf seiner ganzen Länge und im vollen Umfang, um ihn nicht einzudrücken, und legt ihn in die Kammer ein. Die Alternativen sind aufgrund des variierbaren Mischverhältnis der festen und flüssigen Anteile im Bolzen notwendig. Denn bei einem höheren Flüssiganteil und einer größeren Länge des Bolzens kann dieser nicht mehr vertikal aufgeheizt werden. Die Entnahme des fertigen Gussteils und das nachfolgende Handling stimmen mit dem des herkömmlichen Verfahrens überein.
Positive Resonanz
„Die Resonanz auf das DTC ist sehr positiv“, zieht Bernhard Müller ein Fazit. „Wir haben mit unserem Konzept eine Lücke geschlossen; bisher fehlten dem Markt solche unabhängigen Entwicklungskapazitäten.“
Der Druckgussindustrie kam das Dienstleistungsangebot deshalb gerade recht, sieht sie sich doch mit einem stetig wachsenden Bedarf an Leichtmetall-Druckguss konfrontiert, verbunden mit ständig neuen Anforderungen an die Erzeugnisse. Somit steigt der Entwicklungsaufwand und, als Folge davon, der Zeitdruck. Dieser Situation können die Betriebe durch Beauftragung des konsequent auf ihre Belange zugeschnitten Diecasting Technologies Centers entgehen. Abgesehen davon gewährleistet das DTC einen fließenden Übergang von der Entwicklung zur Serie.
Autor: Jürgen Warmbold, Freier Fachjournalist, 27327 Martfeld