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Rösler: wirtschaftlich verdichtungsstrahlen Effizienter und produktiver kugelstrahlen

Redakteur: Konrad Mücke

Üblich arbeitet man mit Druckluft, um Kugeln zum Strahlen von Getriebewellen zu beschleunigen. Beim Automobilhersteller PSA erweisen sich Anlagen von Rösler, die mit Turbinen arbeiten, als bis zu 30 Prozent energieeffizienter und bis 50 Prozent produktiver.

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Zum Kugelstrahlen von Getriebewellen konzipierte Turbinen-Strahlanlage zum Einbringen von Druckspannungen.
Zum Kugelstrahlen von Getriebewellen konzipierte Turbinen-Strahlanlage zum Einbringen von Druckspannungen.
(Bild: Rösler Oberflächentechnik)

Damit Getriebekomponenten, zum Beispiel Wellen und Zahnräder, eine lange Lebensdauer erreichen, werden sie üblich verfestigt. Dies geschieht durch Verdichtungsstrahlen (Shot Peeling) beispielsweise mit Glas- oder Keramikkugeln. Dabei wandeln die auftreffenden Kugeln die beim Umformen und spanenden Bearbeiten eingebrachten Zug- in Druckspannungen um. Selbstverständlich muss dies vorhersagbar und reproduzierbar geschehen.

Mit Druckluft geforderte Produktivität unwirtschaftlich

In Verbindung mit einer Investition in eine erweiterte Druckstrahlanlage definierte der Automobilhersteller Peugeot Citroën S.A. zu erreichende Druck­spannungen für eine Vielzahl seiner Getriebeteile. Üblichen Erfahrungen entsprechend lassen sich die geforderten Druckspannungen allein mit Anlagen verwirklichen, die das Strahlmittel mit Druckluft beschleunigen. Stündlich sollen allerdings bis zu 240 Werkstücke die Anlage durchlaufen. Das erfordert überdurchschnittlich grosse Mengen an Druckluft, die sich nur bei unwirtschaftlichem Aufwand erzeugen lassen. Deshalb suchte der Fahrzeughersteller eine Alternative.

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Exakt abgestimmte Strahlanlage mit Turbinen

Ein geeignetes Konzept realisierten die Spezialisten der Rösler Oberflächentechnik GmbH. Es arbeitet mit einer Anlage, die die Kugeln mit Turbinen beschleunigt. Zuvor prüften sie, ob die geforderten Parameter an Druckspannungen (Verfestigung) und Produktivität mit diesem Konzept prozesssicher zu verwirklichen sind. Dazu nutzten sie die hochwertigen Mess- und Prüfgeräte in ihrem Testzentrum, beispielsweise Röntgendiffraktometer. So konnten sie unter anderem die Menge des auftreffenden Strahlmittels, dessen Geschwindigkeit und dessen Winkel beim Aufprall exakt messen.

Individuell konzipiert

Anhand dieser Informationen entwickelten die Spezialisten die individuell ausgelegte Satellitenstrahlanlage RST 200-S16. Sie ist mit zwei horizontal angeordneten Hochleistungs-Strahlturbinen Rutten Gamma 400 mit jeweils 22 kW Antriebsleistung ausgestattet. Das spezielle Y-Design der aus Hartmetall gefertigten Wurfschaufeln führt zu einer flüssigen Bewegung des Strahlmittels. In Verbindung mit der optimierten Strahlmittelzuführung resultiert daraus im Vergleich zu herkömmlichen Turbinen eine bis zu 30 Prozent höhere Abwurfgeschwindigkeit. Das erhöht signifikant die Aufprallgeschwindigkeit des Strahlmittels auf den zu behandelnden Bauteilen. Das Strahlbild lässt sich einstellen. Somit können einzelne Bereiche an Bauteilen gerichtet bearbeitet werden. Dies unterstützen die mit Frequenzumrichtern in den Drehzahlen variabel gesteuerten Antriebe der Strahlturbinen und der Satelliten.

Einfach zu parametrieren und zu warten

Bis zu 30 auf die zu bearbeitenden Bauteile spezifisch abgestimmte Strahlprogramme können in der Anlagensteuerung hinterlegt werden. Zu einem optimalen Verschleissschutz trägt die Fertigung der Turbinen aus speziell entwickelten, hochfesten Legierungen bei. Diese erreichen eine bis zu 16 Mal längere Standzeit verglichen mit Turbinen aus üblichen Werkstoffen. Weitere Komponenten der Strahlanlage bestehen aus Manganstahl. In den sogenannten Hotspot-Bereichen leiten besonders verschleissfeste, austauschbare Schutzplatten aus gehärtetem Werkzeugstahl die Strahlmittel.

Zykluszeit nur 15 s

Die Strahlanlage ist auf die individuellen Forderungen des französischen Automobilherstellers ausgelegt. Auf ihr lassen sich bis 5 kg schwere, bis 300 mm hohe Getriebewellen bis 250 mm Durchmesser strahlen und deren Oberflächenzonen verdichten. Dazu werden die Werkstücke manuell auf den 16 Satelliten des Drehtischs platziert und in Bereichen, die nicht gestrahlt werden sollen, automatisch maskiert. Die Werkstücke durchlaufen zwei Strahlpositionen. Die Arbeitsräume sind mit Hubtüren ausgestattet. Diese verhindern, dass das Strahlmittel angrenzende Bereiche verunreinigt.

Ein Bearbeitungszyklus dauert 15 s. Nach dem Entladen werden jeweils zwei Werkstücke zu den nächsten Bearbeitungen transportiert. Das betrifft unter anderem eine Reinigungsstation. Auf ihr werden Staub und eventuell auf den Bauteilen anhaftendes Strahlmittel abgeblasen. Danach kennzeichnet eine Markierungsstation sämtliche mit korrekten Parametern bearbeiteten Wellen mit einem Farbpunkt.

Stabiler, überwachter Prozess

Um die in der Automobilindustrie geforderte hohe Prozesssicherheit zu gewährleisten, werden alle wesentlichen Strahlparameter kontinuierlich überwacht und dokumentiert. So wird die Drehung des Satelliten während der Strahlprozesse durch Niederhalter permanent überwacht. Um zu gewährleisten, dass die Wellen mit der jeweils erforderlichen Menge an Strahlmittel bearbeitet werden, prüft die Anlage fortlaufend die Drehzahlen der Turbinen sowie deren Stromaufnahme. Zum automatischen Nachdosieren der Strahlmittelnachdosierung überwacht ein Sensor den Füllstand des Vorratsbehälters.

Befindet sich dort zu wenig Strahlmittel, wird in kleinen Mengen wiederholt nachdosiert. Das trägt entscheidend dazu bei, dass sich im Behälter stets Strahlmittel mit gleichbleibender Verteilung der Korngrössen befindet.

Hoch verfügbar dank einfacher Wartung

Sämtliche Komponenten der Strahlanlage sind gut und schnell zugänglich. Somit lassen sie sich einfach warten und ein eventuell nötiger Service wirtschaftlich ausführen. Beispielsweise können Fachkräfte die Turbinen innerhalb einer Serviceleistung problemlos durch Türen aus dem Strahlraum schwenken, um die Wurfschaufeln zu drehen. Zudem ist der Strahlbereich gut zugänglich, um unter anderem Verschleissschutzplatten auswechseln zu können. Die Komponenten für den Transport und das Aufbereiten des Strahlmittels sind über eine grosszügig dimensionierte Inspektionsbühne erreichbar. Das trägt zu minimalen Stillständen der Anlage bei und sorgt für höchste Verfügbarkeit und somit äusserst wirtschaftliches Verdichtungsstrahlen.

Beim Fahrzeughersteller bewährt sich die Anlage seit nunmehr mehreren Monaten. Der Betreiber hat mit ihr den Energiebedarf zum Strahlen um bis zu 30 Prozent gesenkt und die zur Verfügung stehende Kapazität um 50 Prozent erhöht. Aufgrund der guten Erfahrungen wird der Automobilhersteller alsbald in eine zweite, gleiche Strahlanlage investieren. SMM

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