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WortwechselWachs raus, Präzision rein

Cirex in Amelo ist ein Feingussunternehmen mit anspruchsvollen Kunden aus der ganzen Welt. Bei der Revision der Gießstation für das eingesetzte Wachsausschmelzverfahren entstand ein Abkühlkarussell, das scheinbar widersprüchliche Anforderungen an den als Basis verwendeten Drehtisch stellt. Eine Spezialentwicklung aus dem Hause Weiss war die Lösung.
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Wortwechsel: Wachs raus, Präzision rein

Das Wachsausschmelzverfahren ist eine der ältesten Kulturtechniken der Menschheit. Schon vor über 4000 Jahren formten die Menschen Figuren aus Wachs, umhüllten diese mit Lehm und gossen den nach dem Ausschmelzen des Wachs entstandenen Hohlraum mit Metall aus. Dass dieses Verfahren nicht nur die Jahrtausende überlebt hat, sondern auch heute noch von Unternehmen zur Herstellung anspruchsvoller Bauteile verwendet wird, liegt an seinen Vorteilen: komplizierte Geometrien sind ebenso möglich wie Hinterschneidungen, ganz ohne Formschrägen und mit geringen Bearbeitungskosten. Qualitäten, mit denen auch Cirex in Amelo bei seinen Kunden punkten kann. Das niederländische Unternehmen fertigt seit 1947 präzise Feingussteile nach dem Wachsausschmelzverfahren und veredelt diese durch Oberflächen- und Wärmebehandlung sowie Vormontage zu einbaufertigen Komponenten. Einen Service, den namhafte Kunden aus der Automobilindustrie, Prozesstechnik und dem Maschinenbau für ihre Motor- und Getriebebauteile, Bohrköpfe oder Pumpenkomponenten zu schätzen wissen. In Zusammenarbeit mit Rundschalttischspezialist Weiss aus Buchen konnte Cirex nun diesen Service weiter verbessern. Denn so traditionsreich Unternehmen und Verfahren auch sein mögen, nur konstante Innovation sichert letztendlich den Markterfolg. "Die bestehende Gießanlage ist von 1988 und war reif für eine umfassende Revision," erinnert sich Jan Scheltens aus der Entwicklungsabteilung von Cirex. "Angedacht waren die Sommerferien, doch wir merkten schnell, dass diese Zeit nicht reichen würde. So fiel die Entscheidung für einen kompletten Neubau der Fertigungsanlage mit Ofen, Gussanlage und Abkühlkarussell."

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Roboter fordern mehr Präzision

Ausgangspunkt für den alten wie neuen Prozess sind die frisch gebrannten Gussformen. Aus Wachsmodellen wird eine so genannte Gießtraube zusammengestellt, die je nach Bauteilgröße aus bis zu 1000 Einzelteilen bestehen kann. Die Gussform entsteht dann durch mehrfaches Eintauchen dieser Gießtraube in eine keramische Masse. Nach dem Ausschmelzen des Wachses wird die Form in einem Ofenkarussell bei 1000 Grad Celsius gebrannt und ist dann bereit für den Guss. Bisher wurde diese Form anschließend von einem schweren Manipulator übernommen, auf die Gussposition gefahren und nach dem Gießen auf einem rotierenden Abkühlkarussell abgestellt. Unter einer Haube mit Stickstoffatmosphäre kühlten die Werkstücke dann kontrolliert ab, um nach einem Umlauf von einem Hammer freigelegt und zur Nachbearbeitung getrennt zu werden. Dieser Prozess wurde vom Konstruktionsbüro Viro Engineering analysiert und in enger Kooperation mit dem Rundschalttischspezialisten WEISS aus Buchen überarbeitet. Neben der Kapazitätserweiterung des Induktionsofens und dem Ausbau des Abkühlkarussells von 30 auf 36 Positionen wurde auch der Antrieb der Stickstoffhauben von Hydraulik auf Pneumatik umgestellt, was gerade in Verbindung mit heißem Stahl einen entscheidenden Sicherheitsvorteil bedeutet. Der wichtigste Punkt war jedoch die Optimierung des Formtransports. Anstelle des alten Manipulators tritt jetzt ein frei programmierbarer ABB Roboter, der die Gussform ohne Zwischenstopp direkt in einen freien Platz des Abkühlkarussells abstellt. Dort befüllt dann ein zweiter Roboter mit einer 60 Kilogramm fassenden Gusspfanne die Form. Dieser direkte Transport der Gussformen reduziert die Anzahl der Gesamtbewegungen, was nicht nur im Hinblick auf die Sicherheitsaspekte beim Umgang mit flüssig-heißem Stahl eine entscheidende Verbesserung darstellt. Jetzt ruht die Form beim Guss im Abkühlkarussell und wird anschließend nicht mehr ruckartig bewegt. Diese Prozessumstellung erforderte jedoch nicht nur Modifikationen am Karussell wie keramische Schutzschilder und austauschbare, gegen Durchschmelzen gesicherte Abkühlbehälter, sondern stellte auch ganz besondere Anforderungen an den verwendeten Drehtisch.

Frei programmierbares Abkühlen

"Wir haben für Cirex einen frei programmierbaren, also flexiblen Drehtisch gewählt," erklärt Marcel Klieverik von der niederländischen Weiss Niederlassung in Oldenzaal. "Dieser Drehtisch indexiert nicht nur das Abkühlkarussell mit 36 Positionen, sondern bietet zudem die Möglichkeit den Bewegungsablauf über unsere WAS Software frei zu gestalten." Die Weiss Application Software (WAS) ist das Universalwerkzeug für die Inbetriebnahme, Programmierung und den Service aller frei programmierbaren Weiss -Komponenten. Ohne weitere Programmierkenntnisse können die Cirex-Techniker so die für den Betrieb des Abkühlkarussells optimalen Beschleunigungs- und Verzögerungsverläufe sowie Verfahrzeiten und -geschwindigkeiten einstellen. In Amelo steuert die WAS einen Weiss Schwerlast-Drehtisch der Baureihe CR. Nicht nur wegen des Gewichts des Abkühlkarussells von ungefähr 30 Tonnen ist der CR in diesem Fall die erste Wahl. Der weit außen liegende Kurvenantrieb mit einen SEW Asynchronmotor sorgt für die nötige Genauigkeit und Dynamik trotz der relativ hohen Geschwindigkeit des Karussells von zwei Umdrehungen pro Minute. Zusätzlich tragen die spielfrei gegeneinander verspannten Kurvenrollen, von denen stets mehrere gleichzeitig im Eingriff sind, zu einer hohen Belastbarkeit und einem gleichmäßigen Bewegungsablauf bei. Trotz der soliden und präzisen Basis, die der Schwerlast-Drehtisch CR für alle rotierenden Fertigungsschritte bietet, waren die Buchener Ingenieure diesmal besonders gefordert. "Wir mussten recht gegensätzliche Anforderungen miteinander verbinden," fasst David-Jan de Rijke, Projektleiter bei Viro Engineering, die Herausforderung zusammen. "Das Abkühlkarussell mit seinen zehn Metern Durchmesser sollte wegen der dynamischen Belastungen wünschenswerterweise ein geringes Massenträgheitsmoment haben, gleichzeitig aber möglichst steif sein, um die für den Roboter erforderliche Positioniergenauigkeit zu gewährleisten." Das Problem für die Buchener war dabei weniger die Axiallast oder das Massenträgheitsmoment, sondern die unter Umständen recht ungleichmäßige Beladung der 36 Abkühlpositionen mit Formen von jeweils bis zu 120 Kilogramm Gewicht und das daraus resultierende hohe Kippmoment.

Drehtisch mit Lager aus dem Hause Weiss

Diesen Belastungen war das Standardlager des CR nicht mehr gewachsen und so mussten die Konstrukteure bei Weiss auf eine Eigenentwicklung - eine verstärkte Lagerung - zurückgreifen. Diese präzise und dennoch hochbelastbare Lagerung stellt natürlich besondere Anforderungen an das Fundament. Über den Durchmesser des Drehtisches von 2200 Millimetern darf die Ebenheit der Auflagefläche nicht größer als 0,1 Millimeter sein. Um dieses zu gewährleisten, ruht das Gestell des Drehtisches auf einem Ring mit vierzig einstellbaren Stellbolzen. Drehtisch, Abkühlkarussell und Prozess bilden jetzt eine optimal aufeinander abgestimmte Einheit, die nur durch die intensive und konstruktive Zusammenarbeit aller beteiligten Parteien erreicht werden konnte - da sind sich die Projektleiter von Cirex, Viro Engineering und Weiss einig. Das Resultat ist eine hochaktuelle und leistungsfähige Anlage, die sicherstellt, dass eine der ältesten Gusstechniken der Welt auch weiterhin ihren Platz unter den modernen, industriellen Fertigungsverfahren behauptet.

Die Lösungen auf einen Blick

Ein Schwerlast Drehtisch der Baureihe CR trägt ein Abkühlkarussell für einen Feingussprozess mit einem Durchmesser von zehn Metern und einem Gewicht von 30 Tonnen.

Durch die ungleichmäßige Beladung des Abkühlkarussells entstehen hohe Kippmomente, die ein spezielles Lager aufnimmt. Das Lager ist eine Eigenentwicklung von Weiss.

Die Beschickung der Formen durch einen Gussroboter erfordert höchste Präzision. Der weit außen liegende Kurvenantrieb des CR-Drehtischs mit seinen vielen gleichzeitig eingreifenden und spielfrei gegeneinander verspannten Kurvenrollen sorgt für die nötig Genauigkeit und gleichmäßige Bewegungsabläufe.

Mit der Weiss Application Software können die Positionen, Bewegungsabläufe und Geschwindigkeiten des Drehtischs ohne jegliche Programmierkenntnisse angepasst werden. So lassen sich sanftes, produktschonendes Anfahren und Stoppen, präziser Stopp und schnelles Drehen leicht optimieren.

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