Wohl die meisten Autofahrer können sich an einem rundum geputzten Fahrzeug aufrichtig erfreuen. Leider hält der schöne Schein vor allem an den Felgen nur kurz an, weil sich hier schnell wieder Bremsstaub ablagert. Der schwarze Belag ist nicht nur optisch lästig, sondern auch gesundheitsgefährdend. Aus der Reibung bei jedem Bremsvorgang entsteht Abrieb mit unterschiedlich großen Partikeln – von Feinstaub mit einer Korngröße von kleiner als 10 Mikrometer bis Ultrafeinstaub mit Teilchen kleiner als 0,1 Mikrometer, die über die Lunge in die Blutbahn gelangen und zu Atemwegs- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen führen können. Um dieses Gefährdungspotenzial zu reduzieren, sollen die Feinstaub-Emissionen der Bremsen deutlich verringert werden. Die neu verabschiedete Schadstoffnorm Euro 7 reglementiert alle Fahrzeug-Emissionen – sowohl abgasbezogene Partikel als auch Abrieb aus Reifen und Bremsen – und soll ab Ende 2027 für alle neu zugelassenen Pkw gelten. Für die Herstellung von zukunftsgerichteten Bremsscheiben hat EMAG LaserTec ein neues Maschinenkonzept entwickelt, das eine Hartmetall-Beschichtung per Laserauftragsschweißen auf die Bremsscheibe aufbringt.
„Damit unsere Kunden die Vorgaben der Bremsscheibe der Zukunft erfüllen können, haben wir die ELC 450 LMD vorgestellt. Mit ihr wird per „Laser Metal Deposition“ (LMD) eine zweilagige Beschichtung auf die Bremsscheibe aufgebracht, die sie praktisch verschleiß- und korrosionsfrei macht und die Feinstaubemission deutlich verringert“, bekräftigt Martin Fritz, Teamleiter Entwicklung bei EMAG LaserTec in Heubach. „Hier hat uns SCHUNK wesentlich dabei unterstützt, die automatisierte Bauteilzuführung zur Laserzelle prozesssicher, kompakt und mit vorgegebener Taktrate zu realisieren. Im Einsatz ist der pneumatische Großhubgreifer PLG im Zusammenspiel mit den Universal-Schwenkfingern GFS – für uns eine überzeugende Handhabungslösung in der neuen Maschine.“ Die EMAG-Konstrukteure haben den Großhubgreifer an einem Linienportal in der ELC installiert. „Einen klassischen Roboter für die Bauteilzuführung konnten wir ausschließen, weil es in diesem beengten Arbeitsraum dafür keinen Platz gibt“, erläutert Martin Fritz das Umfeld der ELC. „Das vorhandene Linearhandling aus dem Hause EMAG und der SCHUNK-Greifer PLG zusammen mit den Schwenkfingern GFS ergeben eine ideale Kinematik für die Bremsscheibenzu- und abführung.“
Die kompakte Be- und Entladelösung im Arbeitsraum der ELC 450 LMD DUO erweist sich als robust beim Bedienen von zwei Laserzellen. Der PLG beginnt seine Arbeit an der Rollenbahn mit dem Aufnehmen der rund 30 Kilogramm schweren, bereits vorzentrierten Bremsscheibe aus Grauguss. Sie wird in vorgelagerten Prozessen gereinigt, gewogen und auf rund 300 Grad Celsius vorgewärmt und ihre Zuführung zur Rollenbahn kann, je nachdem wie der Kunde seine Fertigung strukturiert hat, manuell, halbautomatisiert oder vollautomatisiert erfolgen. Nun führt der PLG die horizontal liegende Scheibe zur Aufnahmespindel der ersten Laserzelle. Hier erfolgt der Auftrag der ersten Schicht, einer Korrosionsschicht aus Edelstahl. Nachdem die hermetisch abgeschlossene Lasereinheit die Scheibe freigegeben hat, hebt der PLG sie aus der Spindel und wendet sie mittels der GFS-Schwenkfinger, um sie erneut auf den Dorn zu setzen. Jetzt erhält auch die zweite Seite der Scheibe ihre Korrosionsschicht. Dann, wenn die erste Laserstation die Scheibe endgültig freigegeben hat, verfährt das Handlingsystem zur nächsten Station über den Absaugtrichter, der Metallstaubreste aufnimmt. Auch über dem Trichter wird die Scheibe gewendet, um sie beidseits abzusaugen. Schließlich führt der PLG die Scheibe horizontal auch der zweiten Laserstation zu, in der das Einschweißen der Hartschicht aus Karbid erfolgt, wiederum jeweils auf der Ober- und Unterseite.
In den beiden Zellen der ELC 450 LMD DUO wird der Beschichtungswerkstoff jeweils als Pulver zugeführt und per Laser mit der Bauteiloberfläche verschmolzen. Nach insgesamt vier Beschichtungsvorgängen – zwei Scheibenseiten und zwei Zellen – ist die Bremsscheibe fertig zum Entladen. Da EMAG die Laserauftragsprozesse mit Inline-Qualitätssicherungsmaßnahmen versehen hat, beispielsweise einem Schichtdickensensor, der die Schichtdicke prüft, ist die prozessintegrierte Abspaltung von NIO-Teilen gewährleistet. So bringt der PLG die fertig beschichteten Bremsscheiben zum Ausgang des ELC-Arbeitsraumes auf die entsprechenden Rollenbahnen zur Teile-Abführung; anschließend erfolgen nachgelagerte Prozesse, etwa das Schleifen und Reinigen.
„Unsere Vorgaben für den Greifer in diesem neuen Maschinenkonzept waren ganz klar definiert“, resümiert Martin Fritz: ein großer Hub für ein scheibenförmiges Bauteil mit einem Durchmesser von 250 bis 500 Millimeter, Kraft für ein rund 30 bis 50 Kilogramm schweres Werkstück, eine Greifhöhe von rund zehn bis 45 Millimetern sowie Robustheit für eine Umgebung mit Metallreststäuben. „Weitere Randbedingungen hat der enge Arbeitsraum der ELC gesetzt“, so der Konstruktionsleiter. „Die Lösung muss kompakt sein. Wir wollen, dass das Bauteil in horizontaler Lage zu- und abgeführt wird und der offene Greiferhub sich stets in Prozessrichtung bewegt. Auch die Rüstfreiheit über ein definiertes Werkstückspektrum ist eine Vorgabe, weil wir mit nur einem Backensatz alle Scheibengrößen greifen wollen. Außerdem brauchen wir Sicherheit: Die analoge Abfrage des Backenhubs liefert uns die direkte Kontrolle, ob das richtige Werkstück gegriffen wird. Und nicht zuletzt soll das Schwenken schnell vonstattengehen.“
Ein anspruchsvolles Maschinenkonzept für eine zukunftsfähige Bremsscheibenfertigung erfordert ebenso anspruchsvolle Komponenten. Schnell war klar, dass der neu vorgestellte Großhubgreifer von SCHUNK hierfür die richtige Lösung ist. „Die Konfiguration des Greifers zusammen mit Jürgen Kolbus hier am Schreibtisch war eine große Arbeitserleichterung und deutliche Zeitersparnis“, bestätigt Martin Fritz. „Es dauerte nur Minuten, da hatten wir unser CAD vorliegen. Nach noch nicht mal einer Stunde konnten wir in der Konstruktion direkt sehen, ob alles passt.“ Sonderlösungen in der industriellen Fertigung sind oft mit hohen Kosten und langen Lieferzeiten verbunden. Die schnell konfigurierbaren Produktreihen bei SCHUNK sind die Antwort auf dieses Problem: So erhält der Kunde auch bei kleinen Stückzahlen und hohen Ansprüchen eine individuelle, bezahlbare und schnelle Lösung. Die GFS-Schwenkfinger mit einer Schwenkzeit von nur 0,8 Sekunden haben bei EMAG den letztendlichen Ausschlag für die Entscheidung zu dieser Lösung gegeben: „Die GFS von SCHUNK waren für den konkreten Prozess die beste Lösung“, unterstreicht Martin Fritz. EMAG hat den PLG in Baugröße 50 in der ELC 450 LMD DUO verbaut und mit ihm alle Vorgaben erfüllt.
Ein kompletter, vollautomatisierter Vorgang in der Beschichtungsanlage dauert knapp vier Minuten. Rüst- und Nebenzeiten vermeiden, 24/7-Automatisierung, schnelle Taktraten – für EMAG gilt es, mit der neuen Laserauftragsanlage die Maßgabe hoher Stückzahlen zu erfüllen, die aus dem Wirksamwerden der Euro-7-Norm resultiert. Der PLG im Zusammenspiel mit den GFS-Schwenkfingern unterstützt diese Zielsetzung wesentlich – sowohl hinsichtlich Qualität, Sicherheit und Geschwindigkeit des Prozesses.