In Zusammenarbeit mit dem österreichischen Automatisierungsspezialisten Promot hat Rösler einen technisch maximal vernetzten Anlagenverbund geschaffen. Die exakt für die Aufgabenstellung entwickelten Werkstückaufnahmen sorgen für höchste Prozesseffizienz und Bauteilqualität, gleichzeitig wird die Rüstzeit der Anlage deutlich verkürzt. Darüber hinaus erhöht sich die Kapazität für das Polieren von Plastifizierschnecken mit einer Länge von bis zu drei Metern und Durchmessern zwischen 15 und 80 Millimetern durch die Erweiterung der Anlage auf zwei Trogvibratoren.

Handlingaufwand reduzieren und Beladung der Trogvibratoren automatisieren

Der Spritzgießanlagen-Hersteller Engel, der seit über 20 Jahren auf Equipment von Rösler setzt, hat das Polieren seiner Plastifizierschnecken bislang in einem einstufigen Prozess in einem Trogvibrator durchgeführt. Das erforderte einen hohen personellen Aufwand und ein zeitintensives, manuelles Teilehandling, insbesondere beim Rüsten der Anlage. Die Verringerung dieses Handlingaufwands für die Mitarbeitenden sowie die automatische Be- und Entladung der Trogvibratoren waren daher wesentliche Forderungen im Pflichtenheft der Projektverantwortlichen bei Engel. Dafür sollte das Portalsystem des österreichischen Automatisierungsunternehmens Promot, das bereits für die Beladung der vorgelagerten Schleifmaschinen eingesetzt wird, erweitert werden. Darüber hinaus musste die neue Gleitschliffanlage für den von Engel definierten Durchsatz an Plastifizierschnecken ausgelegt werden. Ausgehend vom bestehenden Polierprozess mit einer Bearbeitungszeit von rund 8,5 Stunden wären dafür mehrere Trogvibratoren notwendig gewesen.

Mit zweistufigem Prozess Bearbeitungszeit deutlich verringert

Ein Augenmerk lag deshalb auf der Verringerung der Bearbeitungszeit bei gleichzeitiger Minimierung der notwendigen Anzahl von Anlagen. Beides wird erreicht durch den Einsatz des zweistufigen Keramo-Finish®-Prozesses, der in zwei Trogvibratoren des Typs R 800/3200 TSD-15 parallel abläuft. Die Ausstattung mit einem auf Spezial-Unwucht-Motoren basierenden Direktantriebskonzept macht die Anlagen besonders leistungsstark, flexibel und platzsparend.

Das Vor- und Feinschleifen mittels Keramo-Finish®-Verfahrens in den Trogvibratoren sorgt für eine enorme Oberflächenverbesserung und reduziert die Rauigkeit auf einen Wert unter Ra 0,1 µm, was zur hohen Qualität der Plastifizierschnecken beiträgt. Durch den angepassten Prozess und das leistungsstarke Anlagenkonzept konnte die Bearbeitungszeit erheblich reduziert werden. Dazu leistet auch die verbesserte Eingangsqualität der Teile einen Beitrag. Diese wird durch den Einsatz von feinschleifenden Schleifkörpern im vorgeschalteten Schleifprozess erreicht, welche dennoch eine hohe Abtragsleistung bieten.

Trogvibrator-Beladung mit Portalsystem für vollautomatisches Polieren und optimiertes Rüstkonzept

Für die automatische Be- und Entladung der Trogvibratoren sowie der Reinigungsanlage entwickelte Rösler in enger Zusammenarbeit mit Promot ein Automatisierungs- und Steuerungskonzept für das Portalsystem. Es transportiert die Plastifizierschnecken nach dem Schleifen zur Bestückungs- und Rüststation. Dort fixiert ein Mitarbeitender je nach Größe der Schnecken eine entsprechende Anzahl in dem Aufnahmerahmen. „Dieser Rüstprozess war bislang extrem aufwendig, weil alle Schnecken einzeln beidseitig eingespannt werden mussten. Mittlerweile reicht ein einfaches Einlegen mit schwimmender Lagerung. Das hat die Rüstzeit auf rund 15 Minuten verkürzt“, erklärt Mario Stollnberger, Leitung Plastifizierung. Anschließend holt das Portalsystem die komplett bestückte Teileaufnahme ab, transportiert sie über den Trogvibrator und senkt sie dort so ab, dass sie links und rechts in Schlaufen eingelegt wird. Diese Lösung ermöglicht, dass sich die Aufnahme mit den Teilen frei in den Schleifkörpern bewegen kann, sich aber nach der festgelegten Bearbeitungszeit wieder einfach und automatisiert herausnehmen lässt. Das Fixieren und Entnehmen der Plastifizierschnecken in den Werkstückaufnahmen erfolgt immer, während Teile in den Anlagen bearbeitet werden. Dies erhöht die Effizienz des Polierprozesses zusätzlich.

Neben den beiden Gleitschliffanlagen beinhaltet die neue Polier-Bearbeitungszelle eine Bestückungsstation, eine von Rösler eigens für diese Anwendung konzipierte Reinigungsanlage sowie eine vollautomatische Zentrifuge Z 1000 für die Reinigung und Aufbereitung des Prozesswassers, welches ressourcenschonend im geschlossenen Kreislauf wiederverwendet wird.

Innovatives Automatisierungskonzept eröffnet vielfältige Möglichkeiten

Trogvibratoren bieten fast unbegrenzte Einsatzmöglichkeiten in der Gleitschlifftechnik. Allerdings war es bisher nahezu unmöglich, die Be- und Entladung dieser vielseitigen Gleitschliffanlagen zu automatisieren. Mit diesem innovativen Automatisierungskonzept hat Rösler eine Lösung geschaffen, die auch in anderen Industriebereichen wie beispielsweise der Luftfahrtindustrie für effizientere und schnellere Prozesse sorgen wird.

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OTTOSTAHL in Magdeburg produces up to 30 mm thick, highly precise plasma-cut and up to 300 mm thick flame-cut components. The company’s service portfolio includes the customized production of the components with CAD technology and detailed work plans for the respective manufacturing method. Furthermore, post-processing operations such as shot blasting, drilling, mechanical chamfering as well as arranging material testing through independent external material testing offices are also offered by the company.  An inventory of 4,000 tons of different steel grades and qualities, combined with a proven supplier and partner network, guarantees quick and reliable order processing.

A major factor for the investment – the shortage of skilled workers!

In its shot blasting department for sheet metal components the company is utilizing three machines (two continuous flow roller conveyor machines with an operating width of 3,800 mm and a rotary table blast machine). After it had been used for more than 60 years, the old rotary table blast machine was replaced by a RDT 150 system from Rösler. Key customer demands for the new system were the achievement of the specified shot blast results for a broad range of different components, short cycle times and high energy efficiency of the entire system. Since it is very difficult to find qualified workers in Magdeburg, the company also demanded that the existing personnel be relieved from strenuous physical activities. Therefore, the fully automatic mechanical handling of the components was also a key requirement.  Based on these specifications Rösler and Teqram developed a fully automatic shot blasting solution around the Easy Shotblaster RDT 150 rotary table machine. The entire blast system is integrated into a manufacturing cell measuring eight-by-eight meters and consists of an intelligent stationary robot and the RDT 150 shot blast machine equipped with suitable accessories.

Robot recognizes the components without the requirement for “teaching”

With its innovative image processing technology the vision-controlled robot, with a load capacity of up to 200 kg, automatically recognizes the components placed into its working section, completely independent from their position on the pallet. This eliminates the normally required time-consuming teaching or programming of the robot. Moreover, with the intuitive interface no special knowledge is required.

After the automatic selection of a suitable gripper from the gripper magazine the robot picks up the components and places them on the rotary table in optimum position. Then it provides component data to the machine controls for selecting a suitable processing program. After half of the cycle time is over, the robot automatically turns the components on the rotary table to blast the other side. After the blast process is complete, the robot returns the finished work pieces to the pallet

Versatile rotary table blast machine with two turbines guarantees fast and efficient processing

The rotary table blast machine RDT 150 allows the blast cleaning of work pieces with different sizes and shapes. The table has a diameter of 1,500 mm and a load bearing capacity of 500 kg. To ensure the required short cycle times the machine is equipped with two Gamma 300G turbines, each with an installed power of 11 kW. Compared to conventional turbines, the Rösler Gamma turbines with their curved throwing blades in Y-design generate an up to 20 % higher blast performance. At the same time they consume a lot less energy. The bulkheads mounted in front of the turbines also help reduce the cycle times and energy consumption. When the work pieces on the table are turned, the blast media flow is turned off, but the turbines continue running at full speed. This prevents costly energy peaks that occur when the turbines are decelerating and accelerating. Before the robot turns the work pieces, a special blow-off system removes residual blast media from the rotary table.

Optional manual loading increases operational flexibility

Around 90 % of all components can be loaded and unloaded by the robot. If the component weight exceeds the capacity of the robot, such components can be loaded and unloaded by crane. Likewise very small components can be loaded in this fashion, when the automatic loading would require too much time. For safety reasons, in case of manual loading the turbines are completely turned off before the door to the blast chamber can be opened.

The sturdy design of the compact shot blast machine guarantees a high equipment uptime. For example, the blast chamber, made from tough manganese steel, is lined with easily replaceable wear plates made from highly wear resistant material. In addition, both sides of the Y-shaped throwing blades in the Gamma turbines can be used. This practically doubles their usable life. A quick exchange system allows replacing the throwing blades without having to dismount the turbines.

The highly automated Easy Shotblaster RDT 150 permits OTTOSTAHL the efficient blast cleaning of a broad range of sheet metal components with drastically reduced labor input and greatly improved working conditions for the employees.

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Es sind bis zu 30 mm dicke Laserteile in engen Toleranzbereichen, plasmageschnittene Komponenten und autogene Brennzuschnitte mit einer Dicke von bis zu 300 mm, die OTTOSTAHL in Magdeburg fertigt. Das Dienstleistungsspektrum umfasst die Erzeugung der Werkstücke mit moderner CAD-Technik nach Kundenvorgaben und Bearbeitungsplänen für die jeweiligen Verfahren ebenso wie die Nachbearbeitung, beispielsweise durch Strahlen, Bohren, maschinelles Fasen und die Durchführung verschiedener Materialprüfungen durch unabhängige Labore. Ein Lagerbestand von ca. 4.000 Tonnen unterschiedlicher Stahlsorten und -qualitäten sowie ein bewährtes Lieferanten- und Partnernetzwerk sorgen dabei für eine schnelle und zuverlässige Lieferung.

Auch der Fachkräftemangel spielte bei der Investition eine Rolle

Der aktuelle Maschinenpark im Bereich Strahlen von Blechteilen ist mit drei Anlagen (zwei Durchlauf-Strahlanlagen mit max. 3.800 mm Blechbreite und eine Drehtisch-Strahlanlage) ausgestattet. Die alte Rundtisch-Strahlanlage mit einer Einsatzdauer von über sechs Jahrzehnten wurde durch die RDT 150 ersetzt. Zu den wesentlichen Forderungen dabei zählten, dass bei einem sehr breiten Teilespektrum ein anforderungsgerechtes Strahlergebnis in kürzester Bearbeitungszeit erzielt wird – und das so energieeffizient wie möglich. Da es auch für das in Magdeburg ansässige Unternehmen immer schwieriger wird, Mitarbeitende zu finden und das vorhandene Personal weitestgehend von schweren körperlichen Tätigkeiten entlastet werden sollte, spielte eine einfache Prozessautomatisierung inklusive Teilehandling ebenfalls eine wichtige Rolle. Maßgeschneidert für diese Aufgabenstellungen konzipierten Rösler und Teqram die vollautomatisierte Strahllösung Easy Shotblaster RDT 150. Das Strahlsystem ist in eine acht mal acht Meter große Fertigungszelle integriert und besteht aus einem intelligenten, sehenden Roboter und einer entsprechend ausgestatteten Drehtisch-Strahlanlage.

Roboter erkennt Teile ohne Anlernen

Der Vision-gesteuerte Roboter, der für ein maximales Teilegewicht von 200 kg ausgelegt ist, erkennt durch seine innovative Bildverarbeitungstechnologie die in seinem Arbeitsbereich abgestellten Teile selbständig und unabhängig von ihrer Position auf der Palette. Dadurch entfällt das sonst übliche, zeitaufwendige Teachen oder Programmieren des Roboters. Die intuitive Schnittstelle sorgt außerdem dafür, dass kein Spezialwissen erforderlich ist.

Nach der automatischen Auswahl des passenden Greifers aus dem Magazin positioniert der Roboter die Komponenten auf dem Drehtisch der Strahlanlage in idealer Lage und gibt die Informationen für die Auswahl des teilespezifischen Bearbeitungsprogramms weiter. Nach der Hälfte der definierten Strahlzeit werden die Teile vom Roboter automatisch gewendet und nach dem Prozess wieder auf die Palette zurückgelegt.

Vielseitige Drehtischanlage mit zwei Turbinen für schnelle, effiziente Prozesse

Die Drehtisch-Strahlanlage RDT 150 ermöglicht die Bearbeitung von Werkstücken mit unterschiedlichen Größen, Formen und Geometrien. Der Drehtisch hat einen Durchmesser von 1.500 mm und kann mit bis zu 500 kg belastet werden. Für die geforderten, möglichst kurzen Strahlzeiten ist die Anlage mit zwei Turbinen des Typs Gamma 300G mit jeweils 11 kW Antriebsleistung ausgestattet. Die von Rösler entwickelten Turbinen mit Wurfschaufeln im Y-Design erzielen durch ihre spezielle Form eine im Vergleich zu herkömmlichen Turbinen bis zu 20 Prozent höhere Strahlleistung. Gleichzeitig arbeiten sie sehr energiesparend. Zur Verringerung der Strahlzeiten und des Energiebedarfs tragen auch die vor den Turbinen installierten Sicherheitsschotts bei. Sie ermöglichen, dass für das Wenden der Teile nur die Strahlmittelzufuhr abgestellt wird, die Turbine aber weiterlaufen kann. Dies verhindert verbrauchsintensive Stromspitzen, zu denen es beim Herunter- und Hochfahren der Turbinen kommt. Vor dem Wenden und nach dem Strahlprozess wird auf den Teilen und dem Drehtisch vorhandenes Strahlmittel durch Abblasen entfernt.

Manuelle Belademöglichkeit erhöht Flexibilität

Bei rund 90 % der Teile erfolgt das Be- und Entladen der Anlage durch den Roboter. Für Komponenten, deren Gewicht über der Belastungsgrenze des Manipulators liegt, lässt sich die Anlage auch manuell mit einem Kran beschicken. Diese Möglichkeit kann auch bei sehr kleinen Teilen genutzt werden, bei denen das automatisierte Beladen viel Zeit beansprucht. Aus Sicherheitsgründen werden die Turbinen im Falle einer manuellen Beladung vor dem Öffnen der Strahlkammer vollständig heruntergefahren.

Die verschleißoptimierte Bauweise der kompakten Strahlanlage ermöglicht eine hohe Verfügbarkeit. So ist die aus robustem Manganstahl gefertigte Strahlkammer zusätzlich mit leicht auswechselbaren Verschleißschutzplatten aus dem widerstandsfähigen Material ausgekleidet. Darüber hinaus sind die Y-förmigen Wurfschaufeln der Gamma-Turbinen beidseitig verwendbar, sodass eine mindestens doppelte Standzeit erzielt wird. Der Austausch kann mittels Schnellwechselsystem bei eingebauter Turbine erfolgen.

Der hochautomatisierte Easy Shotblaster RDT 150 ermöglicht OTTOSTAHL eine effiziente Bearbeitung unterschiedlichster Blechteile mit deutlich verringertem Personalaufwand und verbesserten Bedingungen für die Mitarbeitenden.

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Whether for cosmetic or functional reasons – the providers of surface finishing solutions are confronted with numerous challenges. On the one side demands for lower surface roughness values and geometrical consistency of the finished work pieces must be met, whereas on the other side the finishing processes must be cost-efficient and eco-friendly. Issues such as energy requirements, consumption of valuable resources, prevention of potentially hazardous substances and waste disposal are becoming more important. In addition, the customers are demanding absolutely consistent results and processes that can be perfectly reproduced. All these requirements can only partially be met with manual finishing or traditional electropolishing methods with liquid electrolytes. With its innovative DryLyte polishing technology GPA Innova, a partner of Rösler Oberflächentechnik, offers  an excellent method for finishing geometrically complex components made from conductive metals.

From deburring to high gloss polishing – a sustainable and highly efficient technology

The fully automatic DryLyte system simplifies and helps standardize different surface finishing tasks such as deburring, surface smoothing, surface grinding, high gloss polishing and, even, post processing of 3D printed components. Depending on the initial surface conditions und the specified finishing results, dry electropolishing can be utilized as stand-alone process or in combination with known mass finishing, shot blasting and other pre-grinding methods.

The DryLyte technology is based on the principle of electro-chemical material removal from the surface of components. However, the technology does not use liquid electrolytes but a multitude of polymer pellets in different sizes containing electrolyte media that are precisely adapted to the respective finishing task. In contrast to the traditional electropolishing systems no hazardous vapors are generated requiring energy-intensive exhaust systems and special protective gear for the operator. Since the material removed from the work piece surface is absorbed by the electrolyte medium, no dust or metal particles are getting into the environment, as happens with manual grinding and polishing operations. High-quality, consistent processing results are achieved throughout the usable life of the electrolyte medium. This must only be replaced once the dry electrolyte has been saturated with the metal removed from the work piece surface. The waste disposal of the saturated electrolytes is similar to the disposal of grinding media. The saturation rate is monitored by the machine so that the operator is always up-to-date and informed about the remaining usage time. This guarantees absolutely stable, and consistent finishing results and the optimal utilization of the electrolyte. It also helps minimize the costs for labor and waste disposal. Finally, because of the efficient resource utilization the CO₂ footprint is reduced..

A precise and gentle finishing process that maintains the geometrical integrity of the work pieces

During the dry electropolishing process the work pieces, mounted to a fixture, are slowly moving through the dry electrolyte. This ensures complete coverage of the entire surface. If required, internal surface areas can also be finished by using special electrodes. The DryLyte method removes primarily the roughness peaks from the surface. Therefore, the metal removal rate is minimal, and the overall process is very gentle. The finished work pieces have a highly homogeneous surface with no pressure points or an orange peel effect. Even in the case of delicate work pieces with complex shapes no damage in the form of scratches or breakage occurs.

The targeted and “controlled” processing ensures that in case of precision components like machining tools or tools for the pharmaceutical industry their geometrical integrity is not affected, and their edges are not radiused. In addition, the highly effective smoothing effect on the surface prevents micro cracks and pitting. This improves the corrosion resistance and “fatigue” characteristics and, thus, extends the usable life of the components. Compared to components treated with traditional electropolishing, dry-electropolished components corrode 4 to 15 times slower as proven in corrosion tests in a saltwater solution containing 30 grams/liter NaCL. In the case of gear components used in mechanical systems, dry electropolishing increases the material load ratio, reduces friction and guarantees the optimal distribution of lubricants on the work piece surface. The improved surface conditions result in a lower wear rate and, at the same time, reduce the noise level.

Another significant benefit of the DryLyte technology are the relatively short cycle times. Depending on the finishing application, initial surface roughness and required results, they can vary between a few minutes and 1.5 hours. The process creates not only a smoother surface but, if needed it can also produce a high gloss polish in one single process. For post processing of 3D printed components with their typically very high surface roughness, the electropolishing operation is preceded by a mass finishing process utilizing abrasive grinding media.

Easy adaptation to many finishing applications

The unique, patented dry electropolishing technology was initially developed for finishing prototype castings and dental crowns made from cobalt chrome and titanium. In the meantime the dry electropolishing method from GPA Innova is used for finishing stainless steel, steel, hard metals as well as nickel, aluminum and copper alloys along with other conductive metals. Today the process is used whenever high finishing qualities are required in industries such as aerospace, pharmaceutical, machine building as well as luxury and consumer goods. Because of the proven biocompatibility of the finished components dry electropolishing is also used in medial engineering for the production of implants and instruments.

Process development and definition of the process parameters for the respective finishing application takes place in the customer experience center at Rösler. For this purpose, the CEC is equipped with different machine types allowing fully automatic operation. This approach guarantees that the finishing processes for the customer components are always based on precisely defined and validated parameters.

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Ob optische oder funktionale Eigenschaften – die Oberflächenbearbeitung steht vor vielerlei Herausforderungen. So sind einerseits höhere Anforderungen an die Oberflächenrauheit sowie die Geometrietreue des Bauteils zu erfüllen, aber gleichzeitig muss der Prozess wirtschaftliche und ökologische Kriterien erfüllen. Themen wie der Energiebedarf und Ressourcenverbrauch sowie die Vermeidung von potenziell gefährlichen Substanzen und Abfall rücken immer stärker in den Fokus. In vielen Fällen werden darüber hinaus reproduzierbare und lückenlos nachvollziehbare Prozesse gefordert. Mit Verfahren wie beispielsweise einer manuellen Bearbeitung oder klassischem Elektropolieren mit flüssigen Elektrolyten lassen sich diese Anforderungen nicht oder nur bedingt erfüllen. Eine innovative Lösung für die reproduzierbare Bearbeitung anspruchsvoller und geometrisch komplexer Bauteile aus leitfähigen Metallen stellt hier die innovative DryLyte-Technologie von GPA Innova, einem Partner der Rösler Oberflächentechnik, dar.

Vom Entgraten bis zur Hochglanzpolitur – nachhaltig und effizient

Das automatisierte Verfahren vereinfacht und standardisiert unterschiedliche Oberflächenbehandlungen vom Entgraten, Glätten und Schleifen bis zum Polieren mit Spiegelglanz sowie die Nachbearbeitung additiv gefertigter Bauteile. Das trockene Elektropolieren kann dabei je nach Ausgangszustand der Oberfläche und gefordertem Bearbeitungsergebnis als Finish-Prozess in Kombination mit bekannten Gleitschliff-, Strahl-, und sonstigen Vorschleifverfahren oder alleine eingesetzt werden.

Die DryLyte-Technologie basiert auf dem Prinzip des elektrochemischen Oberflächenabtrags. Allerdings kommen für den Metallabtrag keine flüssigen Elektrolyte, sondern eine Vielzahl unterschiedlich großer Polymerkügelchen mit einem an die Anwendung angepassten, integrierten Elektrolytmedium zum Einsatz. Im Gegensatz zum klassischen Elektropolieren entstehen daher keine gesundheitsgefährdenden Dämpfe, die eine energieintensive Absaugung und spezielle Schutzausrüstung für das Personal notwendig machen. Da von der Oberfläche abgetragenes Material vom Elektrolytmedium aufgenommen wird, gelangen auch keine Stäube oder Metallpartikel, wie bei manuellen Schleif- und Polierprozessen, in die Umgebung. Ein stabiles Bearbeitungsergebnis wird über die gesamte Lebensdauer des Elektrolytmediums erzielt. Ein Austausch ist erst erforderlich, wenn das Trockenelektrolyt aufgrund des Metalleintrags gesättigt ist, für das dann  eine ähnliche Entsorgung wie bei den Schleifmitteln stattfindet. Der Sättigungsgrad des Elektrolyten wird von der Maschine erfasst und das Bedienpersonal permanent über den Zustand und die noch zur Verfügung stehende Nutzungsdauer informiert. So kann immer gewährleistet werden, dass reproduzierbare Ergebnisse am Bauteil erreicht werden und eine optimale Ausnutzung des Elektrolyten erfolgt. Dies verringert die anfallenden Arbeits- und Entsorgungskosten. Parallel dazu wird aufgrund der hohen Ressourceneffizienz der CO₂-Fußabdruck der Produkte reduziert.

Präzise, schonend und geometrieerhaltend bearbeiten

Beim trockenen Elektropolieren bewegen sich die fixierten Bauteile langsam durch das Elektrolytmedium, wobei eine homogene Umströmung stattfindet. Bauteilabhängig können auch Innenbearbeitungen erfolgen, welche durch spezielle Elektroden ermöglicht werden. Material wird verfahrensbedingt hauptsächlich von den Rauigkeitsspitzen auf der Oberfläche entfernt. Der Materialabtrag ist daher vergleichsweise gering und erfolgt sehr schonend. Die bearbeiteten Bauteile weisen eine homogene Oberfläche ohne Abdrücke, Musterbildung oder Orangenhauteffekte auf. Selbst bei filigranen und komplexen Geometrien kommt es durch die Bearbeitung zu keinen Mikrokratzern oder Brüchen.

Die gezielte und „kontrollierte“ Bearbeitung stellt einerseits sicher, dass bei Präzisionsteilen, wie beispielsweise Maschinenwerkzeugen sowie Werkzeugen für die Pharmaindustrie, die Bauteilgeometrie nicht verändert wird und Kanten nicht abgerundet werden. Andererseits minimiert die effektive Glättung der Oberfläche die Entstehung von Rissen und Kratern. Daraus resultiert unter anderem eine verbesserte Korrosions- und Fatigue-Beständigkeit und damit eine verlängerte Lebensdauer der Bauteile. Verglichen mit konventionell elektropolierten Werkstücken korrodieren trockenpolierte Teile 4 bis 15 mal langsamer (die Korrosionstests wurden in einer Salzwasserlösung mit 30 g/L NaCL durchgeführt). Bei Werkstücken wie Zahnrädern, die in mechanischen Systemen zum Einsatz kommen, verbessert die Behandlung durch die rasche Traganteilerhöhung gleichzeitig die Gleiteigenschaften und es wird eine optimale Verteilung von Schmiermitteln auf der Oberfläche erreicht. Bauteilverschleiß und Geräuschemission werden durch bessere Oberflächenqualität ebenfalls deutlich verbessert.

Ein weiterer Vorteil der DryLyte-Technologie sind die vergleichsweise kurzen Prozesszeiten. Sie liegen je nach Anwendung, Ausgangsrauigkeit und gewünschtem Ergebnis zwischen wenigen Minuten bis zu 1,5 Stunden. Die Oberflächen können dabei nicht nur geglättet, sondern in einem Fertigungsschritt auch auf Hochglanz poliert werden. Sehr raue Oberflächen, beispielsweise von additiv gefertigten Komponenten, werden üblicherweise durch einen abrasiven Gleitschliffprozess vorbereitet.

Anpassbar an viele Anwendungen

Entwickelt wurde das konkurrenzlose und patentierte Verfahren ursprünglich für die Bearbeitung von Modellguss und Kronen aus Cobalt-Chrom und Titan in der Dentalindustrie. Inzwischen ist das trockene Elektropolieren von GPA Innova auch für die Behandlung von Edelstahl, Stahl, Hartmetall, Nickel-, Aluminium- und Kupfer-Legierungen sowie weiteren leitfähigen Metallen in weiteren Branchen im Einsatz, in denen hohe Ansprüche an die Oberflächenqualität gestellt werden, beispielsweise in der Raum- und Luftfahrt, Pharmaindustrie, im Maschinenbau und der Konsum- und Luxusgüterindustrie. Darüber hinaus wird es aufgrund der nachgewiesenen Biokompatibilität auch in der Medizintechnik bei der Herstellung von Implantaten und Instrumenten eingesetzt.

Die Prozessauslegung und Definition der Prozessparameter erfolgt abgestimmt an die Bauteile und Anwendung im Customer Experience Center von Rösler. Für die Umsetzung stehen unterschiedliche Anlagen für einen automatisierten Prozess zur Verfügung. Dies gewährleistet, dass alle Teile mit definierten beziehungsweise validierten Parametern bearbeitet werden.

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The mission of Smith+Nephew, a globally leading medical technology company, is to replace defective body parts and, thus, improve the quality of life for the patients and extend their life expectancy. The company employs around 18,000 people in more than 100 countries. With the development and application of innovative technologies they work diligently to improve the products of the company’s three global business divisions “orthopedic reconstruction,” “modern wound care management” and “sports medicine.” This commitment to excellent medical solutions is reflected in Smith+Nephew’s new high-tech plant in Penang, Malaysia. The new plant, as part of the “orthopedic reconstruction” division, produces primarily endoprosthetic knee and hip implants.

Optimal surface finishes – a key quality criterion

Jürgen Preiser, senior manufacturing engineer at Smith+Nephew explains: „For each of our implants we have specifications that precisely define the required quality of their surface finish. In the new Penang plant he is coordinating the establishment of the surface finishing manufacturing cells for the knee implants made from cobalt chrome alloys. For example, the inner surface areas of femur components must have a precisely defined surface roughness to promote optimal integration into the bone. On the other hand, the outer surface areas must have a very smooth, polished surface finish to prevent friction causing premature wear. Therefore, some targeted outer surface areas of the femur components must undergo an extremely demanding finishing operation with absolutely consistent results.

Drag finishing – the solution for targeted surface grinding and polishing with no part-on-part contact

For this demanding task the customer chose the Rösler R 6/1000 SF drag finishers. These are special mass finishing systems that were developed for the precise and targeted surface finishing of high-value and delicate work pieces with complex shapes. Extremely important is that the femur components do not touch each other during the surface grinding and polishing operation. All process parameters, precisely adapted to the stringent finishing requirements, are stored in the PLC control panel. This guarantees absolutely repeatable and consistent results. Jürgen Preiser explains the decision for Rösler as follows: „Since our plant in Memphis, USA, is using identical finishing processes and machines for the same application, we have plenty of experience and know-how. This facilitates and expedites the approval for the respective equipment and finishing processes significantly. Another point in favor of Rösler was the company’s global presence with, for example, a distributor in Singapore. Moreover, Rösler develops and produces all its products in-house. This allows the optimal adaptation of equipment and consumables and guarantees a stable source of supply.

Two manufacturing cells – each containing three drag finishers

To date the plant on the Malayan peninsula is equipped with two manufacturing cells. Each cell contains three drag finishers for the process stages pre-grinding with ceramic media, pre-polishing with plastic media and dry polishing with a specially prepared organic polishing medium. To prevent any disruptions of the surface finishing operation, all drag finishers can be used for running the dry polishing process. Furthermore, four of the six drag finishers are suitable for the pre-grinding and pre-polishing as well as the dry polishing operation.

Optimized work piece clamping system results in 50 % higher work piece throughput

The drag finishers consist of a processing bowl with a diameter of 1,000 mm and a carousel with six rotary spindles. These are equipped with specially designed work piece fixtures, to which the femur components are mounted. The design of the fixtures allows clamping of the work pieces in a position that allows the finishing of precisely defined surface areas. A redesign of the fixtures now allows to increase the number of femur components clamped to one fixture from two to three without jeopardizing the all-around treatment and finishing quality. Jürgen Preiser comments on this design change enthusiastically: „We are now able to process 18 femur components in one single batch compared to only 12 we processed in the past. This increases our throughput by around 50 %, a truly remarkable boost of our productivity”.

During the start phase of the grinding and polishing process the rotating carousel is lowered. This causes the work pieces attached to the rotating spindles to be immersed into the media contained in the stationary processing bowl. The built-in immersion depth control system ensures that the specified immersion depth for the various work piece types is precisely maintained. Separate, independently controlled carousel and spindle drives allow the optimal adaptation of the processing intensity to the various femur types. The Rösler drag finishers, including the drives for the carousel and spindles, are very sturdy by nature. Therefore, no design change was necessary to cope with the higher operating load caused by clamping three work pieces to a spindle instead of two. Achieving all processing parameters, including the immersion depth of the work pieces, was no problem whatsoever.

Monitoring of the media level and media classification guarantee good finishing results

When it comes to consistently achieving high finishing qualities, maintaining the optimal media fill level in the processing bowl and the optimal media operating mix is extremely important. The media level is monitored visually as well as with special sensors. A message is displayed in the control panel, whenever an action by the operator is needed. “In addition, to maintain a consistently high finishing quality, we installed a media classification system, consisting primarily of a vibratory screening unit. Once per week we pass the ceramic and plastic media through the screening unit, where all undersized media are discharged from the operating mix“, comments Jürgen Preiser.

Digital process water management system improves overall process stability

For cleaning and recycling of the process water from the “wet” pre-grinding and pre-polishing operations in the two manufacturing cells Smith+Nephew purchased two fully automatic Z1000 centrifuges. Jürgen Preiser explains: „The dual centrifuge concept allows us to operate two separate process water cycles, one for the finishing operations with ceramic and one for the operations with plastic media. Maintaining two separate water cycles helps us prevent all kinds of problems, for example, foaming issues.” The control panel of each centrifuge is equipped with the digital process water management system from Rösler Smart Solutions. This innovative, interactive software allows the monitoring, data collection and evaluation of up to 14, individually selectable, process parameters. These include the compound concentration, pH value and microbiological contamination. The parameter target values and their respective tolerance range are stored in the software, and the actual values are entered for comparison purposes. Whenever one or several parameters are drifting out of the pre-defined range, the system displays an error message and issues easy-to-understand recommendations allowing a quick return to the specified tolerance range. This ensures a consistent high quality of the process water. Jürgen Preiser comments: „With the digital management system we not only control the process water cleaning and recycling operation a lot better. In addition, it helps us with the training of those employees who know very little or nothing about how to handle the process water.” Moreover, the recording of the parameters over a longer time period helps identify long-term trends in the process water so that necessary process water changes can be precisely scheduled with minimal disruption of the manufacturing operations. The digital process water management system also significantly reduces the consumption of compound and fresh water. And finally, the careful recording of all relevant water parameters represents an excellent tool for documenting the process quality and stability for quality audits and documentation purposes.

Jürgen Preiser summarizes: „The first two manufacturing cells are currently undergoing the mandatory validation phase. The start of full-scale production is foreseen in spring 2023. At the moment we are planning two additional manufacturing cells for the same products and finishing processes.”

Smith+Nephew ist eines der führenden Medizintechnikunternehmen, das sich zum Ziel gesetzt hat, den Körper und das Selbstvertrauen von Menschen wiederherzustellen, in dem es Technologien nutzt, die dem Leben seine Grenzen nehmen. Dafür arbeiten rund 18.000 Beschäftigte in über 100 Ländern jeden Tag daran, die Exzellenz des Produktportfolios in den drei globalen Geschäftsbereichen Orthopädie, modernes Wundmanagement sowie Sportmedizin und HNO durch die Entwicklung und Anwendung innovativer Technologien zu verbessern. Sichtbar wird dies auch im neuen hochtechnologisierten Werk im malaysischen Penang, das mit der Fertigung von Produkten für die Knie- und Hüftendoprothetik in erster Linie das Orthopädiegeschäft des Unternehmens unterstützen wird.

Das Oberflächenfinish – ein entscheidendes Qualitätskriterium

„Für die verschiedenen Implantate gibt es genaue Spezifikationen, welche Oberflächengüte diese aufweisen müssen“, erklärt Jürgen Preiser, Senior Manufacturing Engineer bei Smith+Nephew. Er begleitet den Aufbau der Oberflächenbearbeitungszellen für Knieimplantate aus Kobalt-Chrom-Legierungen im neuen Werk in Malaysia. So ist an den Innenflächen von Femurteilen für eine optimale Integration eine definierte Rauheit zu erzielen, während im Außenbereich homogene, sehr glatte und hochglanzpolierte Oberflächen erforderlich sind, um bei Bewegungen Abrieb zu vermeiden. Dies macht eine partielle aber äußerst hochwertige und reproduzierbare Bearbeitung der äußeren Flächen dieser Femurteile notwendig.

Schleppfinisher – die Lösung für selektives, berührungsfreies Gleitschleifen

Entschieden hat sich das Unternehmen bei dieser anspruchsvollen Aufgabenstellung für die Schleppfinishanlagen R 6/1000 SF von Rösler. Hierbei handelt es sich um spezielle Gleitschliffanlagen, die für die präzise, selektive Einzelbearbeitung komplex geformter, hochwertiger und beschädigungsempfindlicher Werkstücke entwickelt wurden. Die Femurteile dürfen sich während des Schleif- beziehungsweise Polierprozesses gegenseitig nicht berühren. Exakt wiederholbare, über SPS gesteuerte und dem jeweiligen Anforderungsprofil adaptierbare Prozessparameter gewährleisten dabei reproduzierbare Ergebnisse. „Da wir identische Maschinen und Prozesse in unserem US-amerikanischen Werk in Memphis für diese Anwendung einsetzen, sind entsprechende Erfahrungen und Know-how vorhanden. Das macht die Zulassung einfacher und schneller. Ein weiterer Aspekt, der für Rösler als Partner gesprochen hat, ist die weltweite Präsenz des Unternehmens mit einer Vertretung in Singapur. Darüber hinaus entwickelt und produziert Rösler sowohl die Anlagen als auch die Verfahrensmittel, sodass alles optimal aufeinander abgestimmt und Versorgungssicherheit gegeben ist“, konkretisiert Jürgen Preiser die Entscheidungsgründe.

Zwei Fertigungszellen mit jeweils drei Anlagen

Ausgestattet ist das Werk auf der malaysischen Halbinsel bisher mit zwei Fertigungszellen. Für die Prozessschritte Vorschleifen mit Keramikschleifkörpern, Feinschleifen mit Kunststoffschleifkörpern und Trockenpolieren mit einem pflanzlichen Medium sind in jede Zelle drei Schleppfinisher integriert. Um auch bei Wartungsarbeiten die Prozesskette nicht unterbrechen zu müssen, kann in allen Anlagen der Trockenpolierprozess erfolgen und in vier der sechs Schleppfinishanlagen kann sowohl der Trockenprozess, als auch die Nassbearbeitung erfolgen.

Rund 50 Prozent höhere Produktivität durch optimierte Werkstückaufnahme

Die Maschinen verfügen über einen Arbeitsbehälter mit 1.000 mm Durchmesser sowie ein Trägerkarussell für sechs Arbeitsspindeln. Sie sind mit teilespezifischen Werkstückaufnahmen ausgestattet, in denen die Femurteile so positioniert werden können, dass eine Bearbeitung nur an den definierten Bereichen stattfindet. Eine Optimierung der Aufnahmen ermöglicht, dass anstatt bisher zwei Femurteile nun drei Teile gespannt werden können und dennoch die hochwertige und allseitige Bearbeitung sichergestellt werden konnte.  „Dies ermöglicht uns, 18 Femurteile gleichzeitig zu bearbeiten. Das entspricht einer Durchsatzerhöhung von knapp 50 Prozent und ist eine beachtliche Steigerung“, merkt Jürgen Preiser begeistert an.

Für den Schleif- beziehungsweise Polierprozess taucht das rotierende Trägerkarussell die an den ebenfalls drehenden Spindeln aufgespannten Werkstücke in die ruhende Schleifkörpermasse ein. Eine standardmäßige Eintauch-Tiefenregulierung gewährleistet dabei, dass die teilespezifisch festgelegte Eintauchtiefe genau eingehalten wird. Die Bearbeitungsintensität lässt sich durch die separaten und unabhängig voneinander einstellbaren Karussell- und Spindelantriebe optimal an die verschiedenen Femurteile anpassen. Die höhere Belastung durch den zusätzlichen Besatz der Spindeln mit jeweils einem zusätzlichen Femurteil erfordert natürlich auch, dass die gesamte Anlagentechnik inklusive der Antriebe für die höhere Performance vorbereitet ist. Dies ist bei RÖSLER Anlagen im Standard der Fall, weshalb alle weiteren Bearbeitungsparameter inklusive der Eintauchtiefe der Werkstücke beibehalten werden und kürzeste Zykluszeiten erzielt werden können.

Schleifkörperüberwachung und -aufbereitung sichern Ergebnis

Wichtige Prozessparameter, wenn es darum geht, Reproduzierbarkeit der Bearbeitung sicherzustellen, sind das Füllvolumen und die Zusammensetzung der Schleifkörper im Arbeitsbehälter.  Die Füllmenge im Arbeitsbehälter wird sowohl visuell als auch mit Sensoren überwacht und der Bediener erhält einen Hinweis, wenn eine Aktion erforderlich ist. „Um die Bearbeitungsqualität zu sichern, haben wir uns auch für das Schleifkörperaufbereitungssystem entschieden. In dieser, mit einer Siebstation ausgestatteten Anlage, werden die Keramik- und Kunststoffschleifkörper einmal wöchentlich gereinigt und alle unter einer definierten Größe aussortiert“, beschreibt Jürgen Preiser.

Verbesserte Prozesssicherheit durch digitales Prozesswassermanagement

Für die Reinigung der Prozessflüssigkeiten aus den Nassbearbeitungsschritten Vor- und Feinschleifen der beiden Fertigungszellen hat Smith+Nephew in zwei vollautomatische Zentrifugen Z1000 investiert. „Dies ermöglicht uns, das Prozesswasser getrennt nach Keramik- und Kunststoffschleifkörpern aufzubereiten, wodurch Probleme beispielsweise durch Schaumbildung vermieden werden können“, berichtet Jürgen Preiser. Außerdem ist in die Steuerungen der Zentrifugen das digitale Prozesswassermanagement von Rösler Smart Solutions integriert. Diese innovative, interaktive Monitoring-Lösung für die Prozesswasserreinigung und -aufbereitung ermöglicht die Überwachung, Erfassung und Auswertung von bis zu 14, individuell auswählbaren Prozessparametern, unter anderem Compound-Konzentration, pH-Wert und mikrobiologische Belastung. Die Soll- und Toleranzbereiche der relevanten Parameter werden in der Software hinterlegt und die jeweils gemessenen Ergebnisse eingetragen. Kommt es bei einem oder mehreren Parametern zu Abweichungen, wird dies angezeigt und das Personal erhält automatisch leicht verständliche und direkt umsetzbare Handlungsempfehlungen zu Maßnahmen, um das Prozesswasser wieder in den festgelegten Bereich zu bringen und damit die Produktqualität zu sichern. „Durch diese digitale Lösung haben wir die Prozesswasseraufbereitung nicht nur besser im Griff, sie vereinfacht auch die Einarbeitung von Mitarbeitenden, die mit diesem Thema bisher keine Erfahrungen haben“, erklärt Jürgen Preiser. Darüber hinaus lassen sich durch die automatische Speicherung der Werte Veränderungen des Prozesswassers über einen längeren Zeitraum erkennen, sodass ein erforderlicher Wechsel entsprechend in den Betriebsablauf eingeplant werden kann. Einsparungen bei den Verbräuchen von Wasser und Compound können auf diese Weise ebenfalls realisiert werden. Die lückenlose Erfassung der Daten ist weiterhin hilfreich als Nachweis der Prozessqualität und -stabilität bei Qualitätsaudits und zu Dokumentationszwecken.

„Mit den ersten beiden Fertigungszellen sind wir derzeit in der Validierungsphase, der Start der Serienproduktion ist im Frühjahr 2023 vorgesehen. Parallel dazu planen wir momentan mit Rösler zwei weitere Fertigungszellen für identische Produkte und Prozesse“, merkt Jürgen Preiser abschließend an.

This Brazilian manufacturer supplies innovative agricultural machinery for a wide range of applications. For example, it is used for harvesting coffee beans and sugar cane as well as for seeding and cultivating all kinds of agricultural crops. The company is active in more than 100 countries. Reasons for this success are the excellent productivity and quality of the equipment as well as the continuous improvement of the manufacturing operation. It is not surprising that the new factory in Brazil is equipped with a fully automated, digitized manufacturing line. There, steel plates and profiles are cut, welded into complex constructions, shot blasted and painted in continuous flow operation. Based on the tailormade equipment concept, the technical implementation and the high equipment quality, the company had decided to purchase the continuous feed spinner hanger blast machine RHBD-K 22/27-HD made by Rösler. The work pieces are transported through the shot blast machine by the power & free conveyor system of the manufacturing line. This required optimal coordination of the various interfaces in the manufacturing line. But thanks to the help by the colleagues at Rösler Brazil the whole project went very smoothly.

Energy-saving shot blast operation integrated into the overall manufacturing process

After the welding operation the components are transported through an inlet chamber into the actual blast chamber equipped with 12 Gamma 400G turbines, each with a drive power of 11 kW. These innovative Rösler high-performance turbines contain curved throwing blades in “Y” design. Compared to conventional turbines the special blade design with optimal curvature increases the throwing speed significantly. This results not only in an up to 20 % higher blasting performance but also in significantly shorter cycle times.

Sophisticated equipment design allows more flexible shot blasting operation

Because of the enormous work piece diversity the shot blast machine was designed to handle welding assemblies with dimensions of up 10,000 x 2,000 x 2,500 mm (L x W x H) and weights of maximum 2,000 kg. Some of the weldments have thick walls and are very sturdy, whereas others have thin walls and are delicate. To account for these differences and to consistently achieve the required preparation grade of Sa 2,5 as well as the specified surface roughness values, the turbine RPM is controlled by frequency inverters. This ensures optimal paint adhesion and prevents warping of the thin-walled components. The variable turbine speed and the automatic control of the media flow allows precise adaptation of the blast-cleaning process to the different welding assemblies. Selection of the workpiece-specific shot blast programs is done at the master computer of the manufacturing line.

Behind the outlet chamber of the shot blast machine is a blast room that allows the manual touchup blasting of geometrically complex assemblies with undercuts and internal passages. Augers below the blast room floor transport the thrown blast media to the central media cleaning system. This eliminates the need for a separate media transport and cleaning system for the blast room.

Wear-resistant design ensures high equipment availability

The customer was also impressed by the wear-resistant design of the Rösler equipment. For example, the blast chamber is made from manganese steel and is protected by easily replaceable 10 mm thick wear liners, also made from manganese steel. Another plus is the fact that both sides of the throwing blades can be used, which practically doubles their usable life. The throwing blades can be replaced with a quick-change system without having to take the turbine apart.

Die innovativen Landmaschinen des brasilianischen Unternehmens kommen beispielsweise für die Ernte von Kaffeebohnen und Zuckerrohr sowie die Ausbringung und Pflege von Nutzpflanzen in mehr als 100 Ländern zum Einsatz. Erfolgsfaktoren der Produkte sind die hervorragende Leistung und Qualität, die auch auf einer kontinuierlichen Verbesserung der Abläufe und Prozesse in der Produktion basieren. Entsprechend entsteht in einem neuen Werk in Brasilien eine vollautomatisierte, digitalisierte Fertigungslinie, in der Bleche und Profile zugeschnitten, zu Stahlkonstruktionen zusammengeschweißt, kontinuierlich gestrahlt und lackiert werden. Für das Reinigungsstrahlen hat sich das Unternehmen aufgrund des optimal an die Anforderungen angepassten Konzepts, der technischen Umsetzung und Qualität für die Hängebahn-Durchlaufanlage RHBD-K 22/27-HD von Rösler entschieden. Der Teiletransport erfolgt durch das Power & Free-Transportsystem der Fertigungslinie, wofür eine perfekte Abstimmung der Schnittstellen zwischen den einzelnen Gewerken auch Dank der brasilianischen Rösler Niederlassung optimal ablaufen konnte.

Fertigungsintegrierte Bearbeitung mit reduziertem Energieverbrauch

Nach dem Schweißprozess gelangen die Baugruppen durch eine Vorkammer zur eigentlichen Strahlkammer, die mit 12 Gamma 400G-Turbinen und einer Antriebsleistung von jeweils 11 kW ausgestattet ist. Die von Rösler entwickelten Hochleistungsturbinen verfügen über Wurfschaufeln im Y-Design. Die spezielle Gestaltung mit optimalem Krümmungswinkel erhöht im Vergleich zu herkömmlichen Turbinen die Abwurfgeschwindigkeit deutlich, wodurch eine bis zu 20 % höhere Strahlleistung ermöglicht und die Prozesszeiten signifikant verkürzt werden können.

Flexible Strahlprozesse durch clevere Anlagentechnik und -auslegung

Entsprechend der enormen Teilevielfalt ist die Anlage ausgelegt für das Reinigungsstrahlen von Schweißbaugruppen mit Abmessungen bis zu 10.000 x 2.000 x 2.500 mm (L x B x H) und einem Gewicht von maximal 2.000 kg. Um bei großen, dickwandigen Konstruktionen das geforderte Strahlergebnis von Sa 2,5 und die vorgegebenen Oberflächenrauheitswerte für eine optimale Lackhaftfestigkeit ebenso prozesssicher und verzugfrei zu erreichen, wie bei sensibleren, dünnwandigen Komponenten, sind die Turbinen frequenzgesteuert. In Kombination mit automatischen Strahlmittelzuflussregelungen lässt sich der Bearbeitungsprozess optimal an die jeweilige Baugruppe anpassen. Die teilespezifische Programmauswahl erfolgt über den Leitrechner des Gesamtsystems.

Im direkt an die Nachkammer der Strahlanlage anschließenden Freistrahlhaus können geometrisch komplexe Bauteilbereiche wie Hinterschneidungen partiell manuell nachgestrahlt werden. Das hierbei herabfallende Strahlmittel wird über Förderschnecken der zentralen Strahlmittelaufbereitung zurückgeführt und gereinigt, sodass für das Freistrahlhaus keine zusätzliche Aufbereitung erforderlich ist.

Hohe Verfügbarkeit durch verschleißresistente Ausführung

Überzeugen konnte Rösler auch durch die verschleißresistente Ausführung der Anlage. Dazu zählt, dass die serienmäßig aus Manganstahl gefertigte Strahlkammer zusätzlich mit 10 mm dicken, einfach auszuwechselnden Platten aus dem robusten Material ausgestattet ist. Ein weiterer Pluspunkt ist die beidseitige Nutzbarkeit der Wurfschaufeln, was eine mindestens doppelte Standzeit ermöglicht. Der Wechsel kann mittels Schnellwechselsystem einfach und bei eingebauter Turbine erfolgen.

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