Das 1957 unter Richard Weigel gegründete Unternehmen „Weigel & Schwarz Präzisionstechnik GmbH“ spezialisierte sich zunächst auf die Lineartechnik. Mit der Übernahme durch die Familie Wolni im Jahr 2004 erfolgte die sukzessive Neuausrichtung hin zur spanenden Bearbeitung von Metallen und Kunststoffen. Der Betrieb, der heute in der zweiten Generation von Günter und Lana Wolni geführt wird, verfügt über einen modernen Maschinenpark mit 4- und 5-Achs-CNC-Bearbeitungszentren und bietet ein breites Leistungsspektrum: von der Materialbeschaffung über die präzise Zerspanung bis hin zu Oberflächenveredelung und Montage. Als „Lohnfertiger“ werden dabei vor allem anspruchsvolle und qualitativ hochwertige Frästeile in Klein- und Mittelserie aus Aluminium, Edelstahl, Titan, Messing und Kunststoff für Kunden in unterschiedlichen Industrien gefertigt, unter anderem Zylindergehäuse, Linearführungen, Linsen- und Objektivhalter, sowie weiteren Komponenten für die Optikindustrie und den allgemeinen Maschinenbau.

Unsichtbare Grate im Bauteil

Die ROEMHELD-Gruppe mit Hauptsitz in Laubach, einer der führenden Anbieter von Spanntechnik, Montage- und Antriebslösungen, ist außerdem weltweit für hydraulische Komponenten bekannt. Aus dem eigentlichen Antrieb heraus, Rüstprozesse für Maschinen zu beschleunigen, sind viele Erfindungen entstanden, darunter die „Fußpumpe“ in geschlossener Bauweise, die maximale Effizienz ohne Leckagepunkte garantiert und ihre Anwendung in der Automatisierung, im Maschinenbau, in der Medizintechnik und im Pflegebereich findet. Der Weltmarktführer in diesem Bereich arbeitet bei der Fertigung bestimmter Einzelkomponenten bereits seit Jahren eng mit Weigel & Schwarz zusammen. Die hohen Vorgaben lassen sich mit dem Lohnfertiger in „direkter Nachbarschaft“ unkompliziert und mit gleichem Qualitätsdenken umsetzen.

Mit nur drei Entgratlösungen zur gratfreien Fertigung

Erst nach Kontaktaufnahme zu Marcus Schneider, Außenvertriebstechniker der Firma KEMPF aus Reichenbach an der Fils, nahm das Vorhaben wieder Fahrt auf. Zunächst wurde die Fertigung der Alubauteile gesamtheitlich betrachtet und unter Einbeziehung der bereits vorhandenen Abläufe, eine „Entgratstrategie“ entwickelt. „Bei der Auswahl der geeigneten Werkzeuge spielt es immer eine Rolle, warum bzw. wie die Grate entstehen und wo bzw. wie diese im Bauteil liegen. Also beispielsweise ob die Grate in eine Hauptbohrung ragen oder diese von der Hauptbohrung in eine Querbohrung gedrückt werden“, gibt Marcus Schneider zu verstehen. Auch Schnittparameter und die Reihenfolge der eingesetzten Werkzeuge spielen eine wichtige Rolle, um eine implementierbare Strategie zu entwickeln.

Bei dem Pumpkolbengehäuse gab es unter anderem mehrere geometrisch bedingte Herausforderungen: zwei Tieflochbohrungen treffen unter einem definierten, nicht rechten Winkel auf jeweils eine Bohrung mit dem Bohrungsverhältnis 1:1 auf unterschiedlichen Ebenen. Eine Querbohrung trifft rechtwinklig auf eine Hauptbohrung im Bohrungsverhältnis 1:2 (Querbohrung zu Hauptbohrung) an der Schneidenecke zur Bohrspitze. Eine weitere Querbohrung trifft rechtwinklig auf eine Gewindebohrung im Bohrungsverhältnis etwa 1:2 (Querbohrung zu Hauptbohrung). Darüber hinaus schneidet eine weitere Tieflochbohrung zwei Gewindebohrungen außerhalb der Bohrungsachsen und dazwischen „halboffen“ den Boden einer zylindrischen Bohrung. Die Voraussetzung dabei ist immer: alle Konturen und Verschneidungen müssen absolut #gratfrei sein, da sich kein Grat lösen und ins hydraulische System gelangen darf. Unter Berücksichtigung der gegebenen Bearbeitungsabläufe und Spannsituationen wurden daraufhin die Entgratwerkzeuge und -strategien ausgewählt, die innerhalb weniger Wochen eine „serienreife Komplettfertigung“ ermöglichten und dafür sorgen, dass die Bauteile nun, wie gewünscht und vorausgesetzt, absolut #gratfrei direkt von der Maschine kommen. Markus Götzelmann, Technischer Innenvertriebsmitarbeiter der Firma KEMPF, legte anhand der Zeichnungen und 3D-Modelle die entsprechenden Werkzeuge aus. „Es waren hierfür lediglich drei Entgratlösungen notwendig, sodass sich auch die Werkzeugwechselzeiten absolut in Grenzen halten“, so Lana Wolni.

Zu den drei ausgewählten Entgratwerkzeug-Typen gehört zum einen das „Back-Burr Cutter & Path Entgratsystem, bestehend aus einem Kugelfräser („Lollipop“) mit einem Freiheitsgrad von 290° und einem Pfad (NC-Datensatz) zum Abfahren der Kontur zum sekundärgratfreien Entgraten auf der CNC-Maschine. Der optimale Schnittwinkel wird beim Back-Burr Cutter durch den von KEMPF bereitgestellten NC-Datensatz für jeden einzelnen Koordinatenpunkt schon im Vorfeld berechnet.  Das sorgt dafür, dass der Fräser, als bisher einzige Werkzeuglösung auf dem Markt, den Eingriffspunkt an der Schneide des Fräsers während der Bearbeitung versetzen kann und somit die gesamte Schneide ausgenutzt und nicht nur punktuell abgenutzt wird. Diese Optimierung verhindert den vorzeitigen Werkzeugverschleiß und verlängert die Lebensdauer des Fräsers erheblich.

Als zweite Werkzeuglösung kommt ein HSD-Werkzeug (High Speed Deburring) zum Einsatz. Das Werkzeug wird mit IK-Druck von 6-8 bar beaufschlagt, der die Schneiden am Werkzeugkopf „ansteuert“, sodass diese an den gewünschten Stellen im Bauteil ausklappen. Der IK-Druck sorgt zudem dafür, dass die Schneiden in alle Vertiefungen wie z.B. Querbohrungen und Nuten greifen und den Grat sehr prozesssicher entfernen.

Als dritter Werkzeugtyp werden zwei Keramikfaser-Bürsten eingesetzt, um die Komplettentgratung des Bauteils zu garantieren. Die in ihren Vorteilen nicht zu übertreffenden Keramikfaser-Bürsten bestehen aus einzelnen Keramikfasern, die wiederum aus einem 80-prozentigen Anteil technischer Keramik (Al₂O₃-Aluminiumoxid) bestehen und nur 20 % Bindeanteil aufweisen. Diese Keramik eignet sich dann, wenn Werkstücke ein besonderes Oberflächenfinish benötigen oder wie in diesem Fall, keine Anhaftung stattfinden darf, die sich ggf. im späteren Ölkreislauf wieder lösen könnte. Die „Oxidkeramik“ besitzt darüber hinaus eine hohe Härte (härter als Stahl), ist jedoch gleichzeitig so flexibel, dass sie sich der Werkstückoberfläche anpasst und somit eine gleichmäßige Schleifwirkung entsteht. Zudem ist diese Art von Keramik sehr hitzebeständig, formstabil und bei Entgrat- bzw. Polierarbeiten sehr verschleißfest. Eine weitere Eigenschaft ist, dass sich die einzelnen Keramikfasern nach dem Bearbeiten immer wieder in ihre Ursprungsform zurückstellen. Deshalb wird dieser Werkzeugtyp auch gerne als „Cross-Hole Bürste“ zum Entgraten von (Quer-) Bohrungen herangezogen. Bei ca. 6.000 U/min spreizen sich die Fasern durch die Fliehkraft auf und entfernen so auch kleine Grate in Freistichen, die sonst in tieferen Geometrien nicht erreicht werden können. Als letztes Werkzeug kommt eine zweite Keramikfaser-Bürste am Bohrungsaustritt im zylindrischen Absatz zum Einsatz. Ein kleiner Restgrat, der dort nach dem Bearbeiten entsteht, wird mit einer kleinen Oberflächenbürste rückstandslos entfernt.

Mit dieser Werkzeugkombination konnten alle kritischen Querbohrungen prozesssicher und vollständig entgratet werden. Alle Arbeitsschritte erfolgen nun direkt in der Maschine – ohne zusätzliche manuelle Nacharbeit, sodass das CNC-Zentrum seither auch in der mannlosen zweiten „Geisterschicht“ betrieben wird, ohne sich um die Qualität sorgen zu müssen.

Das Ergebnis: Reproduzierbare Qualität ohne Nacharbeit Made in Germany

Die Ergebnisse sprechen für sich: Seit Einführung der KEMPF-Werkzeuge liefert Weigel & Schwarz die Alu-Bauteile an ROEMHELD in gleichbleibender, absolut gratfreier Qualität. Bei der 100 %-Prüfung durch die Qualitätssicherung von Weigel & Schwarz und ROEMHELD gab es seither kein Teil, das die Anforderungen nicht erfüllte. „Mit dem Block in dieser super Qualität gehen wir direkt in unsere Montage“, ergänzt Alexander Schul, Produktmanager bei der ROEMHELD Gruppe. Für Weigel & Schwarz bedeutet dies, dass die Bauteile seither prozesssicher und mit einer hohen Wiederholgenauigkeit hergestellt werden können. Zudem besteht nun die Möglichkeit der 24/7-Komplettfertigung, was in der Serienfertigung dieser Bauteile einen erheblichen wirtschaftlichen Vorteil darstellt und eine hohe Effizienz garantiert.

Es zeigte sich also, dass auch in etablierten Fertigungsprozessen viel Optimierungspotential steckt. Durch die Integration der Entgratung in den CNC-Prozess konnte Weigel & Schwarz die Qualität steigern, die Prozesssicherheit erhöhen und gleichzeitig Ressourcen im Betrieb effizienter einsetzen. Die Kombination aus Präzisionstechnik bei Weigel & Schwarz, den sicherheitskritischen Anforderungen bei ROEMHELD und den Werkzeuglösungen von KEMPF unterstreicht, welchen Stellenwert eine prozesssichere, gratfreie Fertigung hat. Sie schafft nicht nur technische Vorteile, sondern stärkt zugleich den Anspruch, komplexe und hochpräzise Komponenten wettbewerbsfähig in Deutschland herzustellen – ganz im Sinne von „Made in Germany“.

Die VETEC Ventiltechnik GmbH steht für „Engineering Excellence“ im Maschinen- und Anlagenbau. Das Unternehmen mit rund 115 Beschäftigten gehört zur SAMSON Gruppe und ist weltweit bekannt für seine individuell gefertigten Drehkegelventile, pneumatischen Antriebe und Sonderarmaturen. Die Besonderheit: Statt Serienfertigung setzt VETEC konsequent auf maßgeschneiderte Einzellösungen, die präzise auf die Anforderungen der Kunden abgestimmt werden – häufig aus schwer zerspanbaren Werkstoffen wie Kobaltbasislegierungen, Titan oder Zirkonium. Gefertigt werden die verschiedenen Bauteile auf einer modernen NC-Maschinenflotte mit Bearbeitungszentren von Heller, DMG, Index und anderen. Dank eines konsequent digitalisierten Shopfloors – u. a. mit COSCOM-Integration und Info-Terminals – laufen Prozesse effizient und transparent. Dennoch sorgte ein Thema immer wieder für Verzögerung: das Entgraten von Durchgangsbohrungen in Edelstahl-Gehäusen, die als Flansch eingesetzt werden.

Gratbildung bei Flansch-Bauteilen aus Edelstahl

Im Zentrum des Problems standen Flansche aus einem Sandguss bei denen es insbesondere an den, durch den Guss bedingten undefinierten Austrittskanten der Flanschbohrungen zu deutlich sichtbaren Graten kam. Die Folge: hoher Nachbearbeitungsaufwand per Hand, bzw. mit starr eingespannten Fasenfräsern. Dadurch entstanden an den undefinierten Rohflächen unsaubere, ungleichmäßige Fasen und Kanten. Ebenso variierten die Prozesszeiten und eine Wiederholgenauigkeit war nicht gegeben. „Der Grat war klein, aber er hat den ganzen Ablauf gestört“, beschreibt es ein Verantwortlicher aus der Fertigung. Besonders kritisch: Bei sicherheitsrelevanten Bauteilen ist ein definierter Kantenverlauf oft zwingend – manuelles Nacharbeiten bedeutet also nicht nur Zeitverlust, sondern auch Unsicherheit in der Qualitätsprüfung.

Lösung: Das ibex-Werkzeug von KEMPF

Die Wendung für das Gratproblem kam mit dem Einsatz des ibex-Entgratsystems des Entgratspezialisten KEMPF aus Reichenbach an der Fils. Entwickelt für die automatisierte Konturbearbeitung von undefinierten Bauteilen auf CNC-Bearbeitungszentren, kombiniert das Entgratsystem, bestehend aus Ausgleichshalter und speziellen Cross-Cut Fräsern, die Vorteile definierter Entgratung mit maximaler Prozesssicherheit – auch bei anspruchsvollen Bauteilgeometrien. Der ibex-Ausgleichshalter der in drei verschiedenen, vordefinierten Härtestufen angeboten wird (Soft, Medium und Hard), eignet sich dabei durch Druck- und Zugausgleich von bis zu 10 mm für die vorderseitige sowie für die rückseitige Bearbeitung von Bohrungen. Sobald der Fräser auf die Kante des Werkstückes trifft, kann dieser durch den linear gelagerten Ausgleich des ibex-Ausgleichshalters die axiale Bewegung sowohl vorwärts, als auch rückwärts durchführen. Im Zusammenspiel mit den (bei der Bearbeitung) vorgespannten kegelförmigen ibex Entgratfräsern können damit auch radial liegende Maßabweichungen des Bauteils ausgeglichen werden. Somit hat der Entgratfräser, auch bei größeren Konturabweichungen, immer eine gleichmäßige Eingriffstiefe am Werkstück und erzeugt dadurch eine gleichmäßige Fase an der Werkstückkante – ohne manuellen Eingriff des Mitarbeiters. Zudem lässt sich das ibex Entgratsystem perfekt auch in die Einzelteilfertigung integrieren – wie bei VETEC – bei der sich Geometrien regelmäßig ändern. Statt aufwendiger manuelle Anpassungen wird die Kontur direkt in der Maschine entgratet   exakt, definiert und sicher. Da das ibex Entgratsystem direkt in das NC-Programm eingebunden wird, erfolgt der Entgratvorgang als fester Bestandteil des Bearbeitungsprozesses: inline, automatisiert und unabhängig vom Bedienpersonal.

Reproduzierbare Qualität statt Nacharbeit

Mit dem Einsatz des ibex-Werkzeugs von KEMPF konnte SAMSON VETEC nicht nur den Bearbeitungsprozess bei spezifischen Bauteilen optimieren, sondern auch das Qualitätsniveau und den optischen Eindruck verbessern – ein echter Fortschritt in der hochspezialisierten Welt der Einzelteilfertigung. Seither kann der gesamte Bearbeitungsprozess inclusive Entgratvorgang direkt auf der Maschine erfolgen („Von der Spindel in die Kiste!“) – auch bei variierenden Bauteilgeometrien, wie sie bei VETEC durch die hohe Individualisierung häufig auftreten. Die manuelle Nachbearbeitung entfällt vollständig. Das Werkzeug ist deshalb inzwischen fester Bestandteil in mehreren Bearbeitungsprozessen und soll perspektivisch auf weitere Bauteile ausgeweitet werden. So bleibt VETEC dem eigenen Anspruch treu: Ventiltechnik auf höchstem Niveau – bis ins letzte Detail.

Schon bei der Gründung des Ingenieursbüros Manfred Tries im Jahr 1964 stand Qualität an oberster Stelle, sodass es nicht lange dauerte, bis zur Entwicklung und Konstruktion von Hydraulikkomponenten auch eine eigene Fertigung aufgebaut und angegliedert wurde. 1978 entstand dann die heutige TRIES GmbH & Co. KG die mittlerweile knapp 180 Mitarbeiter beschäftigt und international unter anderem für ihre Hydrauliksteuerblöcke, -ventile und zylinder bekannt sind. Dabei liegt das Augenmerk heute wie damals auf der Entwicklung und Konstruktion von individuellen Sonderlösungen, die in enger Zusammenarbeit mit den Kunden stattfinden. Daraus ergeben sich bei TRIES, je nach Bauteil und Anforderung, Fertigungsmengen von wenigen Einzelstücken bis zu mehreren zehntausend Stück pro Jahr, die vor allem in Spezialfahrzeugen, Radbaggern und Kränen von verschiedenen großen und namhaften Herstellern zum Einsatz kommen.

Viel Aufwand für ein Standard-Bauteil

Bei der Fertigung eines Drehteils mit Querbohrungen für Hydraulikblöcke, das nur etwa 120 mm in der Länge misst und mit einer Stückzahl von etwa 25.000 Teilen pro Jahr schon zu einem Standardprodukt bei TRIES gehört, stellte sich die vermeintlich „einfache“ Bohranwendung als wahrer Knackpunkt im ganzen Bearbeitungsprozess dar. Die eingesetzten Bohrer erzeugten am Bohrungsaustritt an der Innenseite des Bauteils teilweise so hohe Grataufwürfe, dass es notwendig war, die Teile im ersten Schritt von Hand und in einem zweiten Arbeitsschritt von einem externen Dienstleister noch einmal thermisch entgraten zu lassen. Hinzu kam die relativ kurze Standzeit der eingesetzten Bohrer und die daraus resultierende fehlende bzw. nicht planbare Prozesssicherheit, da immer wieder der Grataufwurf kontrolliert werden musste und die Bohrer nach unterschiedlicher Einsatzdauer (meistens bei ca. 2.000 Bohrungen) ausgetauscht werden mussten. Insgesamt war der Fertigungsablauf für den Abteilungsleiter der Serienfertigung Robert König nicht zufriedenstellend, weshalb nach einer neuen und besseren Lösung gesucht wurde.

Ein kleiner Bohrer bringt den großen Wurf

Nach mehreren Versuchen mit verschiedensten Bohrern namhafter Hersteller, die alle kein zufriedenstellendes Ergebnis in Bezug auf die Grathöhe am Bohrungsaustritt erzielen konnten, wurde man bei TRIES schließlich auf den ExBurrDrill aus dem Hause KEMPF aufmerksam. Der gratminimale Bohrer, eine Entwicklung des Entgratspezialisten, verspricht außerdem durch seine spezielle Geometrie, dass keine Bohrkappen am Bauteil hängen bleiben. Mit Unterstützung des KEMPF-Außendienstmitarbeiters Thomas Welte, wurde der Bohrer kurzerhand bei TRIES getestet.

Obwohl die Erwartungshaltung seitens TRIES durch die vielen Vorversuche nicht allzu groß war und eine zufriedenstellende Performance schon erreicht gewesen wäre, wenn man auf das externe thermische Entgraten verzichten könnte, überraschte die Leistungsfähigkeit des ExBurrDrills deshalb umso mehr. Auf mehreren Maschinen eingefahren, war der Grataufwurf am Bohrungsaustritt selbst nach vielen tausend erzeugten Bohrungen nicht sichtbar bzw. kaum messbar. Im seither laufenden Dauerbetrieb ist die Performance so gut, dass prinzipiell kein Kontrollaufwand mehr besteht, sondern bei ca. 20.000 Teilen der Bohrer vorsorglich gewechselt wird, um einem ggf. entstehenden Grataufwurf vorzubeugen.

Performance-Steigerung und Fertigungsoptimierung

Seit dem Einsatz des KEMPF ExBurrDrills müssen die Bohrungsaustritte nicht mehr nachbearbeitet werden. Der ständige Kontrollaufwand und die mit dem Werkzeugwechsel einhergehenden Maschinenstillstände gehören ebenso der Vergangenheit an. Robert König, Abteilungsleiter der Serienfertigung zeigt sich begeistert: „Nach dem ersten erfolgreichen Einsatz des ExBurrDrills, wird der Bohrer bei uns nun auch bei anderen Bauteilen in insgesamt drei verschiedenen Durchmessern eingesetzt. Dabei muss der Bohrer pro Bauteil bis zu acht Bohrungen durchführen und selbst bei diesen Anwendungen haben wir keine Probleme mehr mit entstehendem Grataufwurf.“

Entwickelt für minimalen Grat bei maximalem Vorschub

Der KEMPF ExBurrDrill besticht durch weitere Vorteile, die die Bearbeitung im Vergleich zum Einsatz mit Standardbohrern in vielen Bereichen optimieren können. Um das volle Vorteilsspektrum ausnutzen zu können, wird der Spezialbohrer von KEMPF aber nicht als Werkzeug von der Stange angeboten, sondern individuell für die entsprechende Kundenanwendung im Durchmesserbereich 0,8 mm bis 20 mm gefertigt. Unter Berücksichtigung der Eingriffsverhältnisse am Bohrungsaustritt und des Werkstoffmaterials des Bauteils wird die Werkzeuggeometrie des ExBurrDrills parametrisiert ausgelegt. Die individuelle Werkzeugfertigung ermöglicht es zudem, gleich mehrere Prozessschritte in einem Bohrvorgang zu kombinieren. Durch den Einsatz eines Stufenbohrers beispielsweise, können sowohl der nachgelagerte Entgratprozess als auch ein Senk- oder Aufbohrprozess entfallen. Dies reduziert Werkzeugwechselzeiten sowie Hauptzeiten auf der Maschine. Prinzipiell wurde der ExBurrDrill dafür konzipiert, bei idealerweise höheren Vorschubwerten als bei Standardbohrern, gratminimal zu bohren und dabei auch keine Bohrkappen zu hinterlassen, die immer eine Gefahr für nachfolgende Werkzeuge darstellen. Durch die spezielle Schneide des ExBurrDrills besteht diese Gefahr dort nicht. Sollte ein Kantenbruch am Werkstück erforderlich sein, wird das nachfolgende Entgratwerkzeug durch den geringen Restgrat deutlich entlastet. Falls die Bohrung ECM-entgratet wird, läuft auch das mit wesentlich weniger Störungen, da der Restgrat erheblich kleiner ist.

Das Entgratsystem setzt sich dabei aus einem sphärischen Entgratfräser (Back-Burr Cutter) und einem NC-Datensatz (Path) zusammen. Beide Komponenten sind dabei so perfekt aufeinander abgestimmt, dass sich synergetische Effekte ergeben, die auf dem Markt immer noch einzigartig sind. Der Entgratfräser besteht dabei aus einem Micro-Grain Hartmetall mit hoch-hitzebeständiger AlTiCrN-Beschichtung und spiralförmigen Schneiden mit für die Entgratbearbeitung optimierter Geometrie. Entsprechend der zu bearbeitenden Bohrungskontur (Größe und Form) wird zum Fräser ein kundenspezifischer NC-Datensatz (Path) erstellt. Gegenüber anderen auf dem Markt erhältlichen Entratwerkzeugen, die insbesondere bei extremen Verhältnissen an ihre Grenzen stoßen,  kann der Back-Burr Cutter durch den NC-Datensatz nahezu jede beliebige Kontur, ohne Sekundärgrat zu erzeugen, entgraten.

Ein Werkzeug für mehrere Bohrungsdurchmesser und Anwendungen

Bauteile werden immer komplexer, sodass auch die Entgratbearbeitungen immer diffiziler zu bewerkstelligen sind und immer neue Herausforderungen entstehen. Für das CNC-Entgraten werden auf dem Markt im Grunde nur zwei Arten von Werkzeuglösungen angeboten. Zum Großteil sind dies Werkzeuge, die lineare Bewegungen ausführen und dabei rotieren. Eine effektivere Variante ist die konturparallele Bearbeitung mit dem Back-Burr Cutter, der sich somit viel flexibler einsetzen lässt.

Dank des Werkzeugpfads (NC Datensatz), der für jede Anwendung generiert und zusammen mit dem Werkzeug ausgeliefert wird, ist dies beim Back-Burr Cutter möglich. Aus diesem Grund kann ein Typ des Back-Burr Cutters für sämtliche Entgratungsanforderungen verwendet werden, unabhängig von Größe und Form der Kontur. Das Entgratsystem ist deshalb in der Lage, nicht nur einfache orthogonale Querbohrungen sondern auch komplizierte Konturen wie außermittige Bohrungen, Bohrungen in Winkellage, unterbrochene Bohrungen, Langlöcher, Gewindeaustritte und sogar 3D gekrümmte Konturen effizient zu bearbeiten. Während bei der konventionellen Bearbeitung beispielsweise für verschiedene Bohrungsdurchmesser mehrere Werkzeuge benötigt werden, genügt bei diesem Entgratsystem bereits eine Fräservariante für verschiedenste Durchmesser. Um den Back-Burr Cutter noch variabler einsetzen zu können, wurde das Portolio an Fräsern nach und nach um weitere Varianten ergänzt, sodass mittlerweile vier verschiedene „Typen“ für die Bearbeitungen von Nichteisenmetallen, Kunststoffen, Composite-Materialien bis hin zu Superlegierungen angeboten werden.

Beste Ergebnisse und immense Standzeiten durch Schnittwinkeloptimierung und Fräserversatz

Da die Bewegung des Fräsers simultan in 3-Achsen gesteuert wird, ist im Regelfall nur ein einziger Durchgang (Ausnahme Gewindeaustritte) nötig, um die Entgratbearbeitung (unabhängig vom Material) in Perfektion abzuschließen. Um die perfekte Synsergie aus Fräser und NC-Datensatz zu garantieren, wird die Erstellung des NC-Datensatzes standardmäßg vom Entgratspezialisten KEMPF aus Reichenbach-Fils übernommen. Für komplexe Anwendungen erstellt KEMPF sogar Sonderpfade. Diese Pfade haben mehrere Vorteile, die die Anwendung mit dem Back-Burr Cutter immer noch enzigartig machen. Bei Werkzeugen, die durch ihre lineare Bewegung und durch Drehbewegung funktionieren, besteht stets die Gefahr, dass ungleichmäßge Kantenfasen erzeugt oder Grate nicht vollständig entfernt werden. Hauptsächlich kommt es hierbei auf den Bearbeitungswinkel der Schneide an, der bei herkömmlichen Entgratanwendungen nicht oder nur sehr begrenzt verändert werden kann. Der optimale Schnittwinkel wird beim Back-Burr Cutter durch den erstellten NC-Datensatz für jeden einzelnen Koordinatenpunkt schon im Vorfeld berechnet,  sodass kein Sekundärgrat entsteht. Zum anderen wird, als einzige Werkzeuglösung auf dem Markt, der Eingriffspunkt an der Schneide des Fräsers während der Bearbeitung versetzt, sodass die gesamte Kante ausgenutzt und nicht punktuell abgenutzt wird. Diese Optimierung verhindert den vorzeitigen Werkzeugverschleiß und verlängert die Lebensdauer des Fräsers erheblich. So wurden bei Kundenprojekten der Firma KEMPF bei der vorder- und rückseitigen Entgratung eines Aluminiumbauteils mit niedrigem Siliziumgehalt Standzeiten von bis zu 50.000 Bohrungen erzielt. In C45 Stahl bei Bohrungsdurchmesser 4 mm und dem Back-Burr Cutter Typ A mit 3,3 mm Durchmesser, wurden ganze 3.600 Bohrungen an Vorder und Rückseite sekundärgratfrei entgratet.

Auch die Geschwindigkeit des Entgratvorgangs ist bemerkenswert, wodurch beim Austausch des vorhandenen Entgratwerkezugs und mit Einsatz des Back-Burr Cutters so gut wie immer erhebliche Produktivitätsvorteile entstehen. Dazu trägt die Bearbeitungsmethode des Entgratsystems bei, da der Fräser durch die genaue Beschreibung aus dem NC-Datensatz direkt die zu entgratende Kontur anfährt und diese weitaus schneller und effizienter entgratet. So konnten die Bearbeitungsschritte zum Entgraten von Querbohrungen an einer Ventil-Welle von drei Schritten auf einen einzigen Bearbeitungsschritt mit dem Back-Burr Cutter Typ A reduziert und die Entgratzeit pro Bohrung um 9 Sekunden verkürzt werden. Bei einem komplexeren Roboterbauteil aus Edelstahl wurde die bisherige manuelle Entgrattätigkeit komplett eliminiert und die gesamte Engratzeit von 120 Sekunden auf nur noch 40 Sekunden reduziert.

Stetig wachsende Anzahl an Pfaden seit Markteinführung und viele positive Rückmeldungen

Seit Markteinführung im Oktober 2017 setzt sich das Entgratsystem mehr und mehr durch und ist ein echter Problemlöser vor allem bei diffizilen Entgratungen, bei denen andere Werkzeugsystem aufgeben. Von Kunden kommen deshalb oft begeisterte Rückmeldungen.

Steffen Hedrich, Geschäftsführer der KEMPF GmbH, berichtet über eine Beispielanwendung, bei der dem Kunden einen echten Mehrnutzen generiert werden konnte. „Für ein komplexes Automobilbauteil aus Aluminium-Guss, das in einer mittelgroßen Serie von etwa 400.000 Stück über sieben Jahre hinweg produziert werden sollte, fehlte für die endgültige Freigabe die geforderte definierte Entgratung von zwei innenliegenden Querbohrungen, die eine asymmetrische Kontur aufwiesen“, so Steffen Hedrich.  „Aufgrund der hohen Stückzahl sollte die Entgratung zudem vollautomatisch direkt in der Maschine erfolgen. Trotz einer Vielzahl von Tests mit unterschiedlichen Werkzeugen auf dem Markt, konnten kein anderes Werkzeug den Anforderungen gerecht werden“, führt er weiter aus. Die Problemlösung war das Back-Burr Cutter & Path Entgratsystem, welches jegliche Erwartungshaltung beim Kunden übertraf.  Die gewünschten Bearbeitungen konnten prozesssicher und mit gleichbleibender Qualität über viele tausend Bauteile hinweg bewerkstelligt und die Gesamtzeit der Bauteilbearbeitung signifikant verbessert werden. „Der maschinelle Zeiteinsatz stieg zwar von 1:00 min auf 1:24 min, wurde jedoch durch den Wegfall sämtlicher manueller Tätigkeiten (zur Entgratung und zur Prüfung) mehr als kompensiert“, ergänzt Steffen Hedrich. Auf Grund der technischen Entgratlösung konnte der gesamte lösbare Grat ohne zeitintensive Zwischenschritte in der Maschine entfernt werden, was einen immensen Kostenvorteil einher brachte.

Für die Bearbeitung eines Actuator-Housings (Lenkgetriebegehäuse) aus Magnesium für den Automobilbereich war die maschinelle Entgratung sogar Wunsch des Endkunden. Mit einer Auflage von 200.000 Stück pro Jahr war dies für den Produzenten keine leichte Aufgabe, denn die dafür benötigten Werkzeuglösungen waren schlichtweg (noch) nicht vorhanden. Die Hauptschwierigkeit stellte dabei die Entgratung einer annähernd elliptischen Innenkontur dar, deren Bearbeitung mit handelsüblichen Entgratwerkzeugen nicht umsetzbar war. Der zuständige Außendienst des Entgratspezialisten KEMPF, Dominik Wiesner, verwies auch hierfür auf das Entgratsystem, welches die zuvor unlösbar scheinende Entgrataufgabe ohne Probleme meisterte und bei dem Magnesium-Bauteil eine Standzeit von ca. 20.000 Teile pro Kugelfräser erreichte.

Auch bei Satelliten-Komponenten im Einsatz

Spannend war auch die Aufgabe, Prototypen für hochkomplexe optische Sensorbauteile, die in Satelliten zum Einsatz kommen, zu entgraten. Da hierbei höchste Präzision und Fertigungsqualität die Voraussetzungen sind, war die komplett maschinelle und gratfreie Herstellung obligatorisch. Doch gerade bei der maschinellen Entgratung der vielen Bohrungen mit teilweise asymmetrischen und gewölbten Konturen, war der Produzent auf entsprechende Werkzeuglösungen angewiesen, auf die bis dato noch nicht zurückgegriffen werden konnte. Da die Anwendung so komplex war, wurde von KEMPF hierfür eigens ein Sonderpfad programmiert und der Back-Burr Cutter mit Durchmesser 3,8 mm verwendet. Der schlanke Schaft sorgte dabei für den nötigen Zugang, um die gesamte Kontur abfahren und bearbeiten zu können. Um das perfekte gratfreie Ergebnis an allen Konturen zu erreichen, wurden bei diesem Bauteil in Summe fünf Entgratwerkzeuge eingesetzt, sodass die hohen Qualitätsanforderungen ohne jegliche manuelle Nachbearbeitung erreicht wurden.

KEMPF als Lieferant für eine Vielzahl von Entgratwerkzeugen, setzt den Back-Burr Cutter vor allem dann ein, wenn mit herkömmlichen Standardwerkzeugen keine brauchbaren Ergebnisse erzielt werden können. Denn abseits der zum Großteil „einfachen“ Anwendungen gibt es dennoch immer wieder Anfragen von Kunden, die auf Grund von fast nicht zugänglichen Bohrungsüberschneidungen oder komplexen Konturen auf kein Standardwerkzeug zurückgreifen können oder die bisherigen Werkzeuglösungen einfach kein prozesssicheres, definiertes und vor allem sekundärgratfreies Ergebnis liefern. KEMPF ist hierbei gerne der kompetente Lösungsfinder auch abseits des Standardportfolios vieler Mitbewerber und kann auch bei schwierigen Voraussetzungen zum gratfreien Bauteil direkt von der Maschine verhelfen.

Beim Hersteller und Entwickler von mechatronischen Komponenten und Systemen Buro sind dank des vielfältigen Maschinenparks sämtliche Bearbeitungsverfahren umsetzbar, sodass man mit den unterschiedlichen Abteilungen für die Bereiche Fräsen, Verzahnen, Drehen und Schleifen einen Großteil der Zerspanungsprozesse selbst abdecken und ein breites Spektrum an Fertigungsmöglichkeiten anbieten kann. Diesen Vorteil – gepaart mit der hohen Fertigungsqualität und Liefertreue – wissen die Kunden zu schätzen und lassen deshalb Bauteile schon seit Jahrzehnten in Winden im Auftrag produzieren.

Kleines Bauteil, große Auswirkung

So wird bei Buro ein kompaktes Exzenterbauteil hergestellt, das in Pumpen bzw. Beatmungsgeräten zum Einsatz kommt. Das Bauteil mit Längenvarianten von 20 bis 50 mm und Durchmessern von 16 bis 38 mm wurde noch bis vor kurzem aus bleihaltigem Automatendrehstahl hergestellt. Dabei war bereits der Drehprozess voll automatisiert. Doch um die geforderte Oberflächengüte zu erzielen, waren aufwendige Schleifarbeiten nötig, die wiederum aus mehreren separaten Arbeitsgängen bestanden. So mussten die Bauteile aus der Drehmaschine entnommen, kontrolliert und schließlich in einem nachgelagerten Schleifprozess fertig bearbeitet werden. Es folgten ein Waschvorgang und eine weitere (Maß-)Kontrolle, sodass die vollständige Bearbeitung der Exzenterteile mit hohen Kosten, einer höheren Fehlerquote und einem erheblichen Zeiteinsatz verbunden war.

Optimierte Komplettbearbeitung

Mit der Änderung des Werkstoffmaterials auf C45 Stahl strebte Buro die Optimierung der Komplettbearbeitung an. So wurden zunächst Tests mit unterschiedlichen Wendeschneidplatten und verschiedenen Radien zur Einhaltung der geforderten Oberflächengüte von weniger als 0,4 µm Ra gefahren. Für eine geringe Anzahl an Bauteilen schien dies auch zu funktionieren, doch für die Serienproduktion reichte die Werkzeugstandzeit nicht aus – der Verschleiß der Wendeschneidplatten war zu groß.

Ein kleines, innovatives Diamant-Glattwalzwerkzeug ist die Lösung

Die Lösung für diese Problemstellung fand Buro bei Kempf: Das Diamant-Glattwalzwerkzeug UDBTM-R-16, das von der Diamantspitze bis zum Schaftende gerade einmal 97 mm misst, überzeugte bereits bei ersten Tests. Durch die Möglichkeit, die Diamantspitze um bis zu 180° von links auf rechts drehen zu können, ist das Werkzeug sehr flexibel einsetzbar: Damit lässt sich nicht nur der gewünschte Anstellwinkel zur Bauteilkontur einstellen, sondern es ist auch möglich, das Diamant-Glattwalzwerkzeug unter beengten Platzverhältnissen an Drehautomaten einzusetzen. Dadurch konnte das Werkzeug in den Drehprozess implementiert und der bislang erforderliche Schleifprozess eliminiert werden. Im Vergleich zu den zuvor eingesetzten Drehwerkzeugen ist ein Verschleiß an der Diamantspitze selbst nach vielen Tausend Teilen faktisch nicht zu erkennen, sodass sich auch die Standzeit des Werkzeugs und gleichzeitig die Qualität des Werkstücks um ein Vielfaches steigerten.

Buro ist dadurch in der Lage, knapp 200.000 Exzenter-Teile pro Jahr prozesssicher und vollautomatisiert zu fertigen und gleichzeitig die Gleichmäßigkeit der Oberflächen zu garantieren. „Aufgrund der diversen Vorteile, die sich aus dem Einsatz des UDBTM-R-16 ergeben, wenn es um Standmenge und Oberflächenqualität geht, sind mittlerweile in Winden mehrere dieser Diamant-Glattwalzwerkzeuge in verschieden Drehmaschinen im Einsatz“, unterstreicht Thomas Welte. „Schließlich sind diese Kempf-Werkzeuge durch ihre Bauart und die Möglichkeit, den Winkel im eingespannten Zustand zu ändern, sehr variabel und flexibel einsetzbar.“

Somic Packaging mit Hauptsitz in Amerang ist führender Anbieter für Shelf-Ready Verpackungsmaschinen und Linientechnologie für komplette End-of-Line Automatisierungs-lösungen. Das 1974 gegründete Familienunternehmen expandierte rasch und erschloss weitere Niederlassungen und Vertretungen, unter anderem in den USA und Thailand. Der Produktionsstandort im oberbayerischen Haag wurde 2019 von einem Lohnfertiger übernommen, um den eigenen Qualitätsansprüchen gerecht zu werden und die Fertigungstiefe zu erhöhen. So konnte Somic nicht nur den Anteil der Eigenfertigung auf knapp 70 % steigern, sondern sich auch reichlich Know-how in den Bereichen Drehen und Fräsen aneignen.

Hoher Automations-Anteil als Wettbewerbsvorteil

Im Gegensatz zu vielen anderen Unternehmen, die auf schlanke Strukturen und einen hohen Zukaufanteil setzen, um Kosten einzusparen, schlägt Somic hier einen anderen Weg ein. Durch die hohe Fertigungstiefe können hochspezialisierte Verpackungsmaschinen entwickelt werden, die in Sachen Variabilität und Flexibilität seinesgleichen suchen. Auch deshalb ist Somic in diesen Bereichen heute marktführend. Die Schlussfolgerung daraus ist aber auch, die eigenen Fertigungsprozesse ständig zu optimieren, indem man möglichst viel automatisiert.

Für das Ziel der Automatisierung spielt dabei nicht nur die höhere Fertigungsgeschwindigkeit eine Rolle, sondern auch die damit einhergehende Qualitätssteigerung. Denn automatisiert können Fertigungsschritte in immer gleichbleibender Güte ohne Qualitätsschwankungen ausgeführt werden. Zeitaufwendige Nacharbeiten, die sonst meist manuell ausgeführt werden müssten, können dadurch entfallen.

Das Thema Entgraten wird dabei oft vernachlässigt und in nachgelagerten Prozessen ausgeführt, die dann häufig wieder mit manuellen Tätigkeiten verknüpft sind. Die bei Somic für den Bau der eigenen Maschinen eingesetzten Strangpressprofile aus Aluminium, die in der Vorbearbeitung durch eine Matrize gepresst ihre Form erhalten, werden schließlich auf Länge gesägt und die Flächen der Stirnseiten im Anschluss mit einem Fräser besäumt. Die fertigen Profile bilden je nach Ausführung den Grundrahmen der Verpackungsmaschine Maschine oder werden sowohl als reine Verstrebung oder mit Linearführungen und Riementrieb bestückt als Linearantrieb eingesetzt. Dem weichen Legierungstyp geschuldet, entstehen bei dieser Operation teilweise große Grataufwürfe, die bisher manuell entfernt werden mussten. Die vielen Verstrebungen des Profils machten das ganze Unterfangen nicht einfacher, sodass während der CNC-Komplettbearbeitung eines Bauteils ein Mitarbeiter damit beschäftigt war, das vorher gefertigte Bauteil innerhalb der Taktzeit komplett von Hand zu entgraten.

Das ibex-Entgratsystem ersetzt die komplette manuelle Entgrattätigkeit eines Mitarbeiters, welcher nun an weiteren Maschinen eingesetzt werden kann.

Firmeninterne Versuche, diesen Prozess zu automatisieren und die einzelnen Verstrebungen an den Stirnseiten in der CNC-Maschine programmiert abzufahren und zu entgraten, schlugen fehl, da für diesen Prozess teilweise zu hohe Maßschwankungen der Bauteile vorlagen. Es folgte schließlich die Kontaktaufnahme zum technischen Außendienst Waldemar Freund des Entgratspezialisten KEMPF, der für diese Aufgabe ein prädestiniertes Werkzeugsystem in Petto hatte. Das ibex Entgratsystem, bestehend aus Ausgleichshalter und speziell geschliffenen Entgratfräsern, ist genau dann die bessere Lösung, wenn Maßschwankungen den Einsatz von CNC-programmierten, konturgebundenen Werkzeugen unmöglich machen. Bei undefinierten Konturen und Kanten, also z.B. bei Guss- oder umgeformten Bauteilen, kann der ibex Ausgleichshalter bis zu 10 mm in Zug und Druck ausgleichen, sodass Maßschwankungen einfach „geschluckt“ werden. In drei Druckstufen (soft, medium und hard) erhältlich, lassen sich somit auch härtere Materialien prozesssicher bearbeiten. Beim ibex-Typ „Flex“, der bei Somic zum Einsatz kommt, lassen sich diese Druckstufen sogar direkt am Werkzeug einstellen, sodass mit einem Werkzeug eine große Bandbreite an Materialien bearbeitet werden kann. Durch die Fähigkeit, Maßschwankungen am Bauteil auszugleichen, ist kein konturgenaues Programmieren notwendig und das Risiko eines Werkzeugbruchs wird dadurch im Grunde eliminiert. Bereits nach den ersten automatisierten Entgratversuchen mit dem ibex Entgratsystem war klar, dass zukünftig auf das manuelle Entgraten verzichtet werden kann.

Nach der Implementierung des Werkzeugsystems in die maschinelle Bearbeitung der Strangpressprofile, werden diese seither in einer Taktzeit von ca. 30 Minuten komplett gefertigt und entgratet. Der nachgelagerte manuelle Entgratprozess entfällt. So spart sich Somic etwa 90 % der bisher notwendigen manuellen Tätigkeiten ein und der Maschinenbediener kann in dieser Zeit anderweitig eingesetzt werden.

Bessere Qualität und geringeres Verletzungsrisiko durch maschinelles Entgraten

Zum zeitlichen Vorteil kommt hinzu, dass die Replizierbarkeit der Entgratergebnisse zunimmt und die Entgratung prozesssicher abläuft. Die speziell geschliffenen ibex-Fräser mit der eigens dafür entwickelten Cross-Cut Geometrie tragen zu einer langen Standzeit und zu weniger Werkzeugwechsel bei. Bei Somic werden die Fräser nach etwa 1.200 Minuten Einsatzzeit getauscht. Da die Aluprofile unterschiedliche Einsatzzwecke erfüllen und in den Verpackungsmaschinen teilweise mit Druckluft beaufschlagt werden, darf sich darin absolut kein Grat lösen. Auch das Verletzungsrisiko bei der Endmontage wird durch saubere und gratfreie Kanten erheblich reduziert, was zusätzlich zu weniger Personalausfall führt.

Was bisher lediglich in einer Maschine zum Einsatz kommt, soll mit weiteren ibex-Entgratsystemen auf weitere Bearbeitungszentren ausgebaut werden, sodass Somic zukünftig in der Lage sein wird, eine Vielzahl von unterschiedlichen Alu-Profilen komplett maschinell zu entgraten. Zudem sollen auch Gussteile mit dem Entgratsystem aus dem Hause KEMPF #gratfrei direkt von der Maschine gefertigt werden, was weiteres Optimierungspotential auch in anderen Bereichen mit sich bringt.

Prädestiniert für das Entgraten von Profilen

Mit dem Einsatz des ibex-Entgratsystems ergeben sich nicht nur Prozessoptimierungen für die Anwendungen bei Somic Packaging. Da diese Art von Aluminiumprofilen in vielen unterschiedlichen Varianten auch in anderen Firmen zum Einsatz kommen und meist auch als angeliefertes Rohteil weiterverarbeitet werden, sind die „Probleme“ bei der Bearbeitung immer die gleichen. Durch den Herstellungsprozess bedingt (eine weiche Aluminiumlegierung wird als Rundbarren auf etwa 500°C erwärmt und mit einem Stempel durch eine formgebende Matrize gepresst) ergeben sich nach dem Abkühlen meist Maßschwankungen, die selbst nach Norm zu groß wären, um unbearbeitete Flächen bzw. Kanten z.B. punktgenau maschinell anzufasen. Selbst nach dem definierten Ablängen bleiben beispielsweise Schwankungen in der Materialdicke bestehen, sodass auch ein NC-Entgraten der Stirnseiten mit Standardwerkzeugen nicht ohne weiteres möglich ist. Fast immer weichen die Endmaße vom CAD-Modell ab, was im schlimmsten Falle zum Werkzeugbruch führen kann. Mit dem ibex Entgratsystem ist ein punktgenaues Abfahren der Konturen nicht notwendig, Maßschwankungen werden prozesssicher ausgeglichen und eine gleichmäßige Fase bzw. Entgratung kann auch unter diesen Umständen maschinell ausgeführt werden.

Seit nun mehr als 50 Jahren besteht die Firma Deloro Wear Solutions GmbH in Koblenz, die sich in den vergangenen Jahrzehnten von einer reinen Gieserei zum hochspezialisierten Problemlöser entwickelt hat. Die Stellit-Bearbeitung steht heute wie damals im Fokus und ist ein echtes Alleinstellungsmerkmal, weshalb mit der Zeit das Leistungsspektrum mit einer eigenen mechanischen Fertigung und einer Schweißerei erweitert wurde. Somit kann auch die Weiterverarbeitung der gehärteten Materialien inhouse erfolgen und den Kunden können fertige Endprodukte bzw. auch die Instandsetzung angeboten werden. Der Spezialist für hitze- und verschleißbeständige Legierungen beschäftigt heute etwa 320 Mitarbeiter und liefert vor allem der Lebensmittel- und Kraftwerksindustrie die mit Stellit „gepanzerten“ Teile, die überall dort zum Einsatz kommen, wo Säure, Dampf oder allgemein hohe Drücke einwirken und dadurch Verschleißprobleme entstehen. Typische Bauteile für diese Anwendungsgebiete sind beispielsweise Doppelkeilschieber für Pumpen, Baugruppen für Siebwechsler im Bereich Kunststoffrecycling sowie Steuerkolben und Ventilbuchsen für Hydraulikanlagen. Da diese Komponenten meist in sehr großen Maschinen zum Einsatz kommen, können bei Deloro Bauteile bis zu vier Tonnen Gewicht und ab 10 mm Durchmesser bis zu 6000 mm Länge bearbeitet werden.

400x Bohren & 400x Anfasen pro Bauteil

Eine kleine Herausforderung stellte dabei die Herstellung eines Dampfsiebs dar, das den Dampfdurchfluss in großen Stromkraftwerken regeln soll. Das Bauteil aus dem Werkstoff 1.4901, einem hochwarmfesten Edelstahl mit 180 mm Außendurchmesser, einer Länge von 300 mm und einem Gewicht von 18 kg sollte dabei in einer Auflage von lediglich 24 Stück prozesssicher komplett maschinell bearbeitet werden. Problematisch waren dabei die 400 Bohrungen mit 6,3 mm Durchmesser, die mit einer rückwärtigen Senkung von 120° und 10 mm Durchmesser versehen werden sollten. Da der Senkungsdurchmesser deutlich größer als der Bohrungsdurchmesser ist, konnten keine Standardwerkzeuge eingesetzt werden. Eine „Lösung“ musste also her, weshalb Deloro den Kontakt zum Entgratspezialisten KEMPF aus Reichenbach-Fils aufnahm. Verschiedene Bearbeitungsmethoden wurden simuliert, bis schlussendlich feststand, welche Strategie zur maschinellen Herstellung des Bauteils die Beste sein sollte. Zur Fertigung der Bohrungen wurde der Standard-Bohrer KEMPF MultiDrill TriCut ausgewählt, der zum einen durch seine 3-Schneiden-Geometrie im Vergleich zu herkömmlichen Bohrern bis zu 50 % mehr Vorschub generiert, und außerdem durch seine spezielle Anspitzung einen Spanbruch ermöglicht, der eine prozesssichere Evakuierung der Späne garantiert. Bohranwendungen können deshalb um ein Vielfaches schneller, genauer und auch mit längerer Standzeit des Werkzeugs durchgeführt werden. Der MultiDrill TriCut erwies sich für den Einsatz in dieser Stahllegierung mit bis zu 1200 Bohrungen als erste Wahl, da diese Leistungswertedie von Deloro erwartete Standmenge und -zeit, sowie die Bearbeitungszeit bei Weitem übertrafen.

Standardwerkzeuge brachten nicht die gewünschte Performance

Im zweiten Schritt ging es um die Fase der Bohrungen auf dem Innendurchmesser der Wandung. Als Standardlösung für die Fertigung der Senkungen kam vorerst nur eine Lösung mit einem Winkelkopf für die Bearbeitung von innen in Betracht. Der Winkelkopf hätte schmal, lang und stabil ausgelegt werden müssen. Wirtschaftlich wäre dies jedoch aufgrund der Investitionskosten schwer vertretbar gewesen. Eine Rückwärtssenkung von außen mit Standardwerkzeugen war nicht möglich, da (bedingt durch die Bohrungsgeometrie für das gegebene Verhältnis Schneidendurchmesser und -winkel zum maximal möglichen Schaftdurchmesser und -länge) kein prozesssicher funktionierendes Standardwerkzeug am Markt verfügbar ist. Die Werkzeuggeometrie, die sich aus den Einflussfaktoren ergibt, wirkt sich sehr ungünstig auf die Stabilität des Werkzeugs und durch entstehende Vibrationen folglich auch auf die Werkstückoberfläche und letztendlich auf die Standzeit aus. Tests, die Deloro vorab mit federgesteuerten Klappwerkzeugen eines spezialisierten Unternehmens aus dem benachbarten Ausland durchführte um diese Problematik zu umgehen, stellten sich für diese Anwendung als nicht optimal heraus, selbst bei Vernachlässigung der Investitionskosten, da sie nicht prozesssicher arbeiten und keine vertretbare Standzeit erzielen konnten.

Der „KEMPF RevCut“, ein einfaches und doch geniales Sonderwerkzeug zum rückseitigen Fasen der Bohrungen, wurde kurzerhand von KEMPF als Sonderwerkzeug entwickelt. Die Idee dahinter: Die durch die Bohrungsgeometrie bestimmte, maximal mögliche Stärke des Schafts durch ein exzentrisches Eintauchen in die Bohrung erhöhen zu können. Dazu wurde das Werkzeug mit einer Schneidenbreite ausgelegt, die beim spindelorientierten Eintauchen in die Bohrung seitlich je 0,1 mm „Luft“ lässt. Der Schaft wurde mit einer definierten Spannfläche im zentrischen Teil, passend zur Orientierung des Halters, ausgelegt. Nach dem Eintauchen wird das Werkzeug mit der Achse der Spindel auf die Achse der Bohrung verfahren, die Spindel eingeschaltet und der Senkvorgang „normal“ durchgeführt. Bei den ersten Tests konnte festgestellt werden, dass das Werkzeug sehr stabil läuft und so ca. 800 Bohrungen prozesssicher im Werkstoff 1.4109 rückseitig gefast werden konnten. Wirtschaftlich betrachtet, ist der Investitionsbedarf sehr gering. Die Hartmetallschneiden können nach Verschleiß einfach ausgetauscht und recycelt werden.

Bohrer „KEMPF ExBurrDrill“ erspart zusätzliches Anfasen und Entgraten

Als weitere Aufgabe stand die Bearbeitung eines Bauteils aus Werkstoff 1.7709 an. Ein warmfester Stahl der sich für Temperaturen bis 540°C eignet.  In Summe mussten ca. 5.000 Bohrungen mit 10 mm Durchmesser, jeweils mit einer Senkung von 16 x 90° auf dem Außendurchmesser gefertigt werden. Auf Grund der Gegebenheiten entschied man sich hierbei für den Einsatz des „KEMPF ExBurrDrill“. Die Eigenschaft dieses Bohrers besteht in erster Linie darin, dass die Schneiden einen nahezu gratfreien Bohrungsaustritt erzeugen. Zudem wurde der „KEMPF ExBurrDrill“ in dieser Anwendung als Stufenbohrer mit einer Senkstufe ausgelegt. Im Gegensatz zum „KEMPF TriCut“ läuft die Bohroperation alleine zwar etwas länger, der ganze Prozess wird allerdings in einem Arbeitsgang statt den drei Arbeitsgängen Bohren, Senken und rückseitig Entgraten prozesssicher gefertigt. Rüstzeiten für zwei Werkzeuge und mindestens  zwei Werkzeugwechsel entfallen zudem. Man schafft sich in dem Fall einen Vorteil in der Durchlaufzeit von weit mehr als 60%, was einer zusätzlichen Erhöhung der Maschinenkapazität im gleichen Maß entspricht. Der Standweg des Werkzeugs überzeugte ebenfalls, denn erst nach ca. 40.000 mm, das entspricht ca. 2.000 Bohrungen, wurde das Werkzeug ausgewechselt, um die Prozesssicherheit durchgehend zu gewährleisten. Die Aussage war klar: „Der Bohrer liefert überragende Ergebnisse.“

Die Deloro Wear Solutions GmbH wird auf Grund der positiven Erfahrungen vermehrt auf prozessoptimierte Lösungen des Entgratspezialisten KEMPF zurückgreifen, da man sich durch andere Strategien und Werkzeuge zusätzliche Aufspannungen, Bearbeitungszeit und aufwendige Handarbeit einsparen und gleichzeitig die Produktionsprozesse optimieren und sich zusätzliche Kapazitäten schaffen kann. Die schnelle und unkomplizierte Umsetzung der Sonderwerkzeuglösung in Verbindung mit dem Einsatz der Standardwerkzeuge war hierfür der erste Schritt.

Bereits der allererste Kundeneinsatz des Burrless Chamfering Cutters noch vor dem offiziellen Verkaufsstart zeigte das große Potential. Ein plangefrästes Aluminium-Bauteil mit Halbkreiskontur wies entlang der gesamten Werkstückkontur einen leichten Flittergrat auf. Obwohl die Vorbearbeitung mit PKD-Planfräser schon relativ gut war und keine großen Grate entstanden, war dennoch Grat zu erkennen, der letztlich entfernt werden sollte. Der unbeschichtete und damit etwas schärfere Fräser Typ 06N, der sich perfekt für die Aluminiumbearbeitung eignet, wurde daraufhin ausgewählt, um die gewünschte Fase mit    0,75 x 45° entlang der Kontur anzubringen. Schon nach der ersten Bauteilbearbeitung war klar – der neue Burrless Chamfering Cutter arbeitet auf einem neuen Niveau.

V-förmige Schneiden bringen den kleinen aber feinen Unterschied

Trotz der zunehmenden Automatisierung in den letzten Jahren hat sich nach wie vor das Entgraten als Problembereich für Produktions- und Betriebsingenieure, insbesondere in der Massenproduktion herausgestellt. Als letzter Schritt im Bearbeitungsablauf wird das Entgraten oft noch von Hand, daher arbeitsintensiv und nicht prozesssicher, bewerkstelligt. Xebec und KEMPF verfolgen seit Jahrzehnten gemeinsam das Ziel, Kundenbauteile #gratfrei von der Maschine zu bekommen und Produktionsmitarbeiter von den lästigen manuellen Entgratarbeiten zu entlasten. Mit Erfolg: Ein großes Portfolio innovativer Entgratwerkzeuge steht mittlerweile bereit, um verschiedenste Konturen, darunter auch komplexe Verschneidungen von Kreuzbohrungen, zu entgraten.

Für die Entgratung einfacher Kanten hingegen, schienen bereits Lösungen am Markt etabliert. Eine gängige Methode, um Kanten zu bearbeiten und Grate zu entfernen, ist das Anfasen mit einem Fas- bzw. Entgratfräser. Das Anfasen mit herkömmlichen Fas- bzw. Entgratwerkzeugen mit geraden Schneidkanten führt jedoch dazu, dass sich an der Ober- und Unterkante (Aus- und Eintrittsseite der Fase) bereits nach kurzer Standzeit der Werkzeuge kleine Sekundärgrate bilden. Dies passiert dann, wenn ein stumpfer Schnitt das Material beim Spanbruch an die Fasenaußenkante fließen lässt. Der Ablauf ähnelt der Art und Weise, wie ein Schneepflug Schnee von einer Straße räumt. Schnee sammelt sich vor der Schaufel und fließt zu den Rändern ab. Während die sich bildenden Sekundärgrate für manche Anwendungen toleriert werden können, erfordern andere Anwendungen die Nachbearbeitung dieser Sekundärgrate. Eine durchgeführte Kundenumfrage ergab sogar, dass über 80 % der Anwender nach dem Anfasen noch zusätzlich den Sekundärgrat entfernen müssen. Eine gängige Praxis also, für die Xebec mit Keramikfaser-Bürsten bereits Entgratlösungen anbietet, aber das Problem eben nicht sprichwörtlich „an der (Grat-) Wurzel“ packt.

2017 kam dann die Idee auf, den Gesamtprozess des Anfasens grundlegend zu überdenken und wenn möglich, den zweiten Schritt des Entgratens nach dem Anfasen zu eliminieren.  Hauptaugenmerk galt dabei den Schneiden, denn nicht nur die Schärfe ist ausschlaggebend, sondern auch Anordnung und Form haben einen erheblichen Einfluss auf das Sekundärgratbild. Die Grundüberlegung lautete: Sekundärgrate enstehen immer, wenn eine Schneide Werkstoffmaterial im Bereich der Werkstückkante abschert. Wie muss dann eine Schneidenform aussehen, die das Werkstoffmaterial eben nicht im Bereich der Werkstückkante abschert? V-förmige Schneiden erwiesen sich am erfolgreichsten und sind eine echte Weltneuheit, da der Fräser erstmals ohne Sekundärgratbildung anfast und dabei auch höhere Vorschübe ermöglicht. Nur durch diese recht unübliche Formgebung der Schneiden ist es möglich, unabhängig von einem leichten Versatz des Eingriffspunkts, eine einheitliche, definierte Fase zu erzeugen und gleichzeitig dem entstehenden Sekundärgrat vorzubeugen und diesen abzuscheren.

Quantensprung in der Fasen-Qualität 

Egal welcher Fräser-Typ zum Einsatz kommt – durch die patentierte V-Form der Schneiden sind bisher nicht erreichte Fasen-Qualitäten erzielbar. In Sachen Prozesssicherheit, Prozessgeschwindigkeit und Standzeit setzt der neue Burrless Chamfering Cutter ebenfalls sicherlich neue Maßstäbe. KEMPF, der Entgratspezialist aus Reichenbach-Fils und Partner von Xebec, konnte das Werkzeug bereits kurz nach Markteinführung bei den ersten Kunden einsetzen und selbst Erfahrungswerte sammeln. Überzeugungsarbeit war hierbei kaum von Nöten, denn auch hier zeigte sich nach den ersten Einsätzen das große Potential und die Vorteile des patentierten Fasenfräsers. Das neue Werkzeug agierte dabei so gut, dass bei einer Kundenanwendung im Vergleich zu den bisher eingesetzten Fasenfräsern eine mehr als 10fache Standzeit in anspruchsvoll zu zerspanenden Werkstoffen (Edelstähle und hoch legierte Werkzeugstähle) erreicht wurde. Das bisher eingesetzte Werkzeug war nach etwa 50 Bauteilen schon so verschlissen, dass nicht erlaubter Sekundärgrat entstand. Ein einziger Burrless Chamfering Cutter bearbeitete daraufhin die restlichen 550 Stück und damit auch das letzte Bauteil der Serie ohne einen sichtbaren Verschleiß und ohne Sekundärgrat in Material 1.4301 vorzuweisen.

Verschiedene Fräser-Typen für unterschiedliche Anwendungsfälle und Materialien

Um möglichst viele Anwendungsfälle und Materialgruppen abdecken zu können, wird der Burrless Chamfering Cutter in beschichteter und unbeschichteter Version, sowie mit zwei unterschiedlichen Schneiden-Durchmessern angeboten. Die Fräser-Typen mit der hochwarmfesten AlTiCrN-Beschichtung eignen sich für ein breites Materialspektrum und sogar für Superlegierungen. Die unbeschichteten Fräser hingegen weisen extrem scharfe Schneiden ohne Kantenverrundung auf und bieten sich deshalb bestens für den Einsatz in NE-Metallen, Kunststoffen und Composite-Materialien an. Darüber hinaus sind Varianten mit abgesetztem Schaft und drei Schneiden sowie mit durchgängigem Schaft und vier Schneiden erhältlich.

Gratfrei direkt von der Maschine – ohne lästige, zeitintensive und teure Nacharbeit ist das Ziel von KEMPF. Mit dem Burrless Chamfering Cutter wurde das ohnehin breiteste Entgratwerkzeug-Sortiment am Markt um eine weitere innovative Entgratlösung ergänzt.

1990 gründete Josef Bauer und Alois Jellbauer die Firma „JELBA“ mit sechs weiteren Angestellten und einem Azubi zunächst in einem umgebauten Landwirtschaftsgebäude. Im Oktober 1992 erfolge dann der Umzug nach Jahrdorf/Hauzenberg in die jetzige Fertigungsstätte. Die anfängliche Ausrichtung auf Lohnzerspanung wie Fräsen, Drehen und Schleifen sowie die erarbeiteten Kontakte in die Automobilzulieferindustrie trugen Früchte, sodass teils Tag und Nacht sowie an den Wochenenden gearbeitet werden musste, um die Auftragsmenge zu bewältigen. Entsprechend wurde in den Folgejahren immer weiter investiert und platzmäßig expandiert. Mit nun 10 Hallen, hausgroßen CNC-Maschinen, einem sehr vielseitigen Produktportfolio und Kunden aus dem Automotive- und Energiesektor sowie aus Flugzeugbau, Raumfahrt, Wehrtechnik und Kunststoffbau, ist die Firma JELBA Werkzeug- & Maschinenbau GmbH & Co. KG gefragt wie nie.

#gratfrei direkt von der Maschine macht den Unterschied

Obwohl eine breite Aufstellung gewollt ist, ist die Ausrichtung dennoch sehr speziell. So hat sich die Firma in den letzten Jahren einen Namen im Bereich der hochgenauen Bearbeitung, teilweise im 1/100 oder µ-Bereich, gemacht und beliefert auch deshalb Kunden aus Luft- und Raumfahrt mit ihren hochgenauen Qualitätsvorgaben. Eine große Stärke mit viel Know-how liegt dabei in der Zerspanung im Großteilebereich, die mittlerweile ca. 50 % der Fertigung einnimmt. Drehbearbeitungen bis 3,4 m Durchmesser, Rundschleifen bis zu 2 m Durchmesser, sowie Bauteillängen von bis zu 16 m und 80 Tonnen Gewicht sind möglich. Dass die dabei anfallenden Entgratarbeiten nicht mehr von Hand bewerkstelligt werden können, wird spätestens dann klar, wenn man nicht nur die nackten Daten, sondern auch die riesigen Fertigungsanlagen vor Augen hat. Obwohl fast rund um die Uhr an den verschiedensten Großteilen gearbeitet wird, ist die Herstellung dieser Teile mit keiner herkömmlichen Serienproduktion zu vergleichen. Dennoch legt JELBA selbst bei kleineren Bauteilen und bei überschaubaren Fertigungsmengen den Fokus auf maschinelles Entgraten. Man will durch den Einsatz automatisierter Entgratprozesse gezielt Potenzial freisetzen und die hochqualifizierten Mitarbeiter nicht mit manuellen Entgrataufgaben binden. Auch ist die maschinelle Entgratung prozesssicher und liefert, im Gegensatz zur händischen Entgratung, immer das gleiche reproduzierbare Ergebnis.

Back-Burr Cutter & Path und ibex Entgratsystem sorgen für gratfreie Bauteile

Prädestiniert für universelle Entgrataufgaben in der Maschine sind das „Back-Burr Cutter & Path Entgratsystem“ sowie der erst im September zur AMB vorgestellte ibex-Ausgleichshalter, der mit den speziellen ibex-Fräsern ebenfalls als „ibex Entgratsystem“ angeboten wird. Der Entgratspezialist KEMPF aus Reichenbach-Fils sollte mit seiner Expertise das manuelle und viel zu aufwendige Entgraten aus dem Herstellungsprozess von Aluminium-Gussteilen eliminieren, die in Extrudermaschinen für die Kunststoffverarbeitung zum Einsatz kommen. Das Entgraten dieser in Kleinserie hergestellten Teile wurde hierbei zunächst noch von Mitarbeitern übernommen, die aber nicht mit der eigentlichen Maschinentaktzeit mithalten konnten. Auch wurden keine einheitlichen Entgratergebnisse erzielt. Diese Probleme konnte durch den KEMPF-Außendienst Waldemar Freund mit der Auswahl dieser beiden innovativen Entgratsysteme schnell behoben werden.

So ergänzen sich beide und können fast jede Entgrataufgabe bei kleinen und großen Bauteilen abdecken. Ideal also, um bei JELBA die bisherigen manuellen Tätigkeiten durch sinnvollere Aufgaben ersetzen zu können. Das Back-Burr Cutter & Path Entgratsystem ist perfekt für sämtliche Konturen geeignet, die definiert sind, also geringe Maßschwankungen aufweisen. Durch den individuell erstellten NC-Datensatz, der mit dem Fräser (Back-Burr Cutter) ausgeliefert wird, können 3D-Konturen, Bohrungen in sämtlichen Durchmesserbereichen sowie Kreuzbohrungen und Bohrungsausritte sekundärgratfrei und vor allem absolut prozesssicher entgratet werden. Ein weiterer Vorteil liegt dabei im Versatz des Fräserschnittpunkts während der Bearbeitung, der auf dem Markt immer noch einzigartig ist. Durch diesen ändert der Fräser stetig den Eingriffspunkt zum Bauteil und kann somit immense Standzeiten ermöglichen.

Das ibex-Entgratsystem deckt im Gegensatz dazu die automatisierte Entgratbearbeitung bei undefinierten Konturen und Kanten, also z.B. bei Gussbauteilen, ab. Der ibex-Ausgleichshalter ist hierbei für den Druck- und Zugausgleich verantwortlich und kann durch die innenliegende Feder, die in drei Druckstufen erhältlich ist, bis zu 10 mm axial ausgleichen. Die speziellen kegelförmigen ibex-Fräser mit Cross-Cut Geometrie sind in Synergie zum Ausgleichshalter sogar in der Lage, auch radiale Maßschwankungen auszugleichen, sodass auch mit diesem Entgratsystem prozesssicher sämtliche Konturen entgraten werden können.

Implementierung der Entgratlösungen in weitere Maschinen geplant

Beide Entgratlösungen wurden bei JELBA zunächst ausschließlich für die Bearbeitung der genannten Aluminium-Gussteile eingesetzt. Während das ibex-Entgratsystem die undefinierte Außenkontur abfährt und entgratet, wird das Back-Burr Cutter & Path Entgratsystem zur Entgratung der innenliegenden Kreuzbohrung verwendet. Der ganze Bearbeitungsprozess verlängerte sich dadurch zwar um etwa eine Minute, jedoch wird dieses Bauteil seither gratfrei direkt in der Maschine produziert und eine Nacharbeit ist nicht mehr erforderlich.

Diesen Vorteil will sich JELBA nun an weiteren Bearbeitungsmaschinen zu Nutze machen und weitere ibex-Entgratsysteme standardmäßig in die Werkzeugwechsler einiger Maschinen integrieren. Somit können mit lediglich zwei Werkzeugsystemen sämtliche Entgratvorgänge an Bauteilen aus Alu, Stahl, Guss sowie an Schweißbaugruppen maschinell übernommen und die kostbare Arbeitszeit für das manuelle Entgraten sinnvoller eingesetzt werden.