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Entgraten - das leidige Thema

Bild 1: Entgraten von Hand
Auf diesem Bild kann man das Entgraten von Hand sehen
Bild 2: Entgratungsanlage von Paul Ernst
Dieses Bild zeigt eine Entgratungsanlage von Paul Ernst
Bild 3: Entgratungsanlage von Lissmac
Auf diesem Foto ist eine Entgratungsanlage von Lissmac abgebildet

Teile, die mit Plasma oder Autogen erzeugt wurden, besitzen sehr häufig einen Grat oder Schlackebart, der entfernt werden muss. Natürlich kann man den Schnitt so optimieren, dass der Grat sehr klein wird, aber je nach Metallsorte lässt er sich kaum zu 100% vermeiden.  Was beim Laser in der Regel nicht nötig ist, lässt sich jedoch bei Plasma und Autogen nicht generell abstellen - entgraten. Grundsätzlich gilt, je mehr Silizium im Metall enthalten ist, desto größer wird der Grat. Positiv ausgedrückt: Im Gegensatz zum Laser können wir bei Plasma "Wald- und Wiesen- 0815-Stahl" verarbeiten!

Je nach Größe des Betriebs sind manchmal ganze Personengruppen mit der Entgratung von geschnittenen Teilen beschäftigt. Im Laufe der Zeit haben sich etliche Entgratungsmöglichkeiten und einige Regeln eingestellt. Je nach Material und Bartgröße, springt der Bart auch einfach ab, wenn das Teil abgekühlt ist und beim Abräumen vom Brenntisch in den Container oder auf den Boden oder die Palette geworfen wird. Auch dieses Verfahren finden wir häufig in der Industrie.

Wenn aber diese beiden einfachen Möglichkeiten nicht ausreichen, bleibt keine andere Wahl als maschinelle Mittel einzusetzen. Große Teile werden in der Regel mit einem Winkelschleifer manuell entgratet, während Kleinteile häufig in eine Rommel geworfen werden. Eine Rommel kann man sich einfach ausgedrückt als einen "Betonmischer" mit verschließbarer Klappe vorstellen. Die Kleinteile werden dort unter Hinzugabe von Kies 20 bis 40 Minuten lang gedreht, bis dass der Grat an allen Seiten abgeschlagen ist. Nachteil: Die Oberflächen der Teile verkratzen stark und die Kanten werden abgerundet - was manche Endkunden reklamieren. Außerdem ist dieses Verfahren nur für Kleinteile möglich und hat den Nachteil eines hohen Lärmpegels, der allerdings durch entsprechende Schallisolierung minimiert werden kann. Die manuelle Entgratung ist zeitaufwendig, weil die Teile gedreht werden müssen, was bei Stückgewichten von mehreren Hundert Kilo durchaus zeitaufwendig und nicht ungefährlich ist.

Entgraten von Brennteilen

Sauberer Solinger-Messer-Schnitt - hier entfällt das entgraten!
Das Bild zeigt mit Solinger Messern geschnittene Tomatenhälften
Anwender 1: Sauberer Plasma-Schnitt - kommen so sauber von der Maschine, geschnitten mit Hypertherm HPR.
Auf diesem Bild ist ein sauberer Plasma-Schnitt zu sehen, der mit einer Hypertherm HPR durchgeführt wurde
Anwender 2: Es geht aber auch anders - alle diese großformatigen Bleche müssen entgratet werden. Trotz Hypertherm HPR Plasma ist Grat nicht immer vermeidbar!
Dieses Bild macht deutlich, dass Grat auch bei Benutzung einer Hypertherm HPR Plasma nicht immer vermeidbar ist
Wasserstrahlschnitt ohne Grat
Dieses Foto zeigt einen Wasserstrahlschnitt ganz ohne Grat
Hypertherm HPR und Kjellberg HiFocus: Alle Teile ohne Grat
Auf diesem Bild sind mit Hypertherm HPR und Kjellberg HiFocus geschnittene Teile ohne Grat zu sehen
Hypertherm HPR260: kaum Grat, dennoch für manche Kunden schon zuviel!
Das Brennteil auf diesem Bild wurde mit einer Hypertherm HPR260 geschnitten und weist kaum Grat auf

Nahezu alle Anwender von Schneidanlagen kennen dieses Problem: Die  Laser- und Wasserstrahlteile sind zwar meistens gratfrei, doch dem Endkunden dann wieder zu scharfkantig. Hier verlangt der Kunde ein Abrunden der Kanten. Bei Brennteilen hingegen ist der Grat fast obligatorisch. Wird Feinstrahl-Präzisions-Plama eingesetzt, reduziert sich der Grat immens, doch häufig ist die nachträgliche Entgratung unablässig. Darüber hinaus gibt es bestimmte Güten, bei denen eine vermehrte Gratbildung auftritt.
Egal, was man anstellt, eine 100%ige Gratfreiheit für alle erdenklichen Konturen und in allen Situationen kann niemand garantieren. So dass anschliessendes Entgraten zwar minimier- aber nicht gänzlich vermeidbar ist. Entgraten kostet Zeit und bedeutet zusätzlichen Aufwand - und meistens ist der Endkunde nicht bereit, diese Mehrarbeit zu entlohnen.
Das Thema der Stunde lautet also, wie entgrate ich Ressourcen schonend, schnell und preiswert?   

 

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Grat-Einteilung

Bild 1: Manuell von Hand entgratete Teile
Auf diesem Bild sind manuell von Hand entgratete Teile zu sehen
Bild 2: Manuell von Hand entgratete Teile
Diese Abbildung zeigt manuell von Hand entgratete Teile
Bild 3: Manuell von Hand entgratete Teile
Dies ist ein Foto von manuell von Hand entgrateten Teilen

Hier der Versuch einer groben Klassifizierung von Grat-Stärken:

  • Grat ist abhängig vom Material und seiner chemischen Zusammensetzung.

  • Grat ist abhängig von der Materialdicke - bei Dünnblech ist die Gratbildung geringer, als bei dickerem Blech.

  • Grat ist abhängig vom Schneidprozeß und den gewählten Schneidparametern - wird bei Plasma zu schnell oder zu langsam geschnitten, bildet sich ein stärkerer Grat.

  • Feinstrahl/HyDefinition-Plasma erzeugt weniger Grat als konventionelles Plasma.

  • Autogen erzeugt mehr Grat als Plasma.

  • Je nach Teile-Geometrie bildet sich mehr oder weniger Grat. Große Teile mit lediglich Außenkonturen sind gratärmer, als Kleinteile mit Innenausschnitten/Löchern.

  • Es gibt Feinstrahl/HyDefinition/UltraCut-Plasmaverfahren, die gratarm Stahl bis zu 50/60mm schneiden können.

  • Feinstrahl/HyDefinition/UltraCut-Plasma kann Aluminium sehr gratarm schneiden. Neuste Plasmaanlagen schneiden sogar Edelstahl mit Argon/Wasserstoff bzw. Formiergas extrem gratarm, jedoch starke Konturabhängigkeit- bei Innenausschnitten/Löchern bildet sich Grat.

Woher stammt der Grat?

Grat hat viele Ursachen. Zunächst die Hauptursache, die für alle Schneidarten gilt:

  • Falsche Schneidparamter. Egal womit geschnitten wird, stimmt die Geschwindigkeit nicht, der Abstand, der Strom oder die Leistung etc. dann ist der Schnitt nicht gut!
  • Damit verbunden: Die Anwender-Erfahrung. Je mehr Erfahrung der Bediener besitzt, desto besser kann er seine Anlage justieren.

Als nächstes die Schneidquellen, wobei die optimale, richtigen Parameter vorausgesetzt werden:

  • Laser und Wasserstrahl sind die Werkzeuge der Wahl, wenn es darum geht, keinen bzw. minimalen Grat zu erzeugen.
  • Autogen ist ohne Grat kaum vorstellbar.
  • Plasma: 
  • Normalplasma-Anlagen wie Hypertherm HT2000, HT4000 oder Kjellbergs FineFocus® 800,1600 oder Victor (ehemals Thermadynes) AutoCUT®-Serie sowie die alten Normalplasmabrenner, die auch noch heute in vielen Betrieben ihre Dienste gut verrichten, erzeugen Grat. Geben Sie dabei nicht dem Bediener die Schuld, es liegt am Brennverfahren. 
  • Feinstrahlplasma-Anlagen wie Hypertherm HPR®-Serie, Kjellbergs HiFocus®-Serie oder Victors (ehemals Thermadyne) UltraCut®-Serie oder Lincolns (ehemals Kaliburn) Serie reduzieren den Grat auf ein Minimum bzw. erlauben sogar gratfreies schneiden, wenn: Die Anlage in ihrem optimalen Betriebsbereich betrieben wird. D.h. wenn eine max. Schnittdicke bis 40mm angegeben ist, dann gehen Sie davon aus, dass bereits ab 30mm Grat auftritt. Wann immer an der Grenze geschnitten wird, ist erhöhte Gratbildung beobachtbar.

Auch die Güte uns Zusammensetzung des Materials sowie seine Temperatur besitzen einen großen Einfluss auf die Gratbildung. Der Siliziumgehalt des Stahls, sowie manche Legierungsbestandteile beinflussen die Gratbildung. Im worst-case Fall können Sie alles richtig gemacht haben und erhalten dennoch Grat. Ebenso umgekehrt möglich: Nichts ist wirklich optimal und Sie erhalten dennoch gratfreie Schnitte.

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Wann lohnt sich maschinelles entgraten?

Bild 1: Entgrat und Oberflächenfinish
Bild 2: Entgratete Teile
Bild 3: Verkettete Anlagen, Prozesse lassen sich so besser automatisieren

Diese Frage haben wir bereits mit verschiedenen Lohnschneidern diskutiert - wir sind zu dem Fazit gekommen, dass es hierzu keine einstimmige Meinung geben kann.

Hier zunächst einige Gedanken von Anwendern:

  • Maschinell entgraten lohnt nur, wenn genügend Teile vorhanden sind!
  • Maschinell entgraten macht Sinn bei Standardteilen, z.B. große Losgrößen gleichartiger Teile - doch was ist, wenn in einem Auftrag ständig wechselnde Blechdicken enthalten sind?
  • Erkennt dann die Maschine automatisch die Dicken oder muss jedes Teil einzeln programmiert werden?
  • Das Teilespektrum reicht von dünn bis dick und von 20cm-Teilen bis zu 3m großen Teilen - dieses Spektrum deckt keine Maschine ab - also brauche ich doch wieder den Winkelschleifer? 

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Hier nun unsere Meinung:

Es ist sicher richtig, wer nur wenige Teile pro Tag schneidet, kann getrost manuell entgraten.

Wer meist besonders dicke (120mm und dicker) oder besonders große Teile (2m und breiter) schneidet, ist sicher ebenfalls manuell gut bedient.

Doch für den großen Rest der Lohnschneider gilt, es kann sich lohnen, hier mal eine konkrete Berechnung durchzuführen.

Unsere Empfehlung:
Jede Fertigung mit seinen individuellen Anforderungen sollte individuell betrachtet werden. Lehnen Sie eine solche Automatisierung nicht grundsätzlich ab, nur weil es andere auch nicht machen. Sondern überzeugen Sie sich durch eine individuelle Berechnung, ob eine Entgratungsanlage für Ihr Teilespektrum wirtschaftlich geeignet ist.  

Maschinelles Entgraten bietet als weiteren Vorzug die Möglichkeit, Prozesse zu verketten. Dies kann zu einer weiteren Reduzierung der Produktionskosten führen. Ausserdem bieten Entgratungsanlagen als weitere Vorteile, dass Kanten auf Wunsch in einem Arbeitsgang verrundet werden oder die Teile ein Schliffbild oder ein Oberflächenfinish erhalten können.   

 

 

Maschinen-Grenzen

Bild 1: Bildquelle Bütfering: Module beliebig zusammen stellbar
Bild 2: Module anders zusammen gestellt
Bild 3: Module anders zusammen gestellt

Derzeit ist uns bekannt, dass es Entgratungsanlagen gibt, die mit einer Anlage beidseitig in einem Durchgang Blechdicken von wenigen Millimetern bis zu 120mm entgraten. Wobei andere Anlagentypen durch Verkettung und auto. Wendevorrichtung ebenfalls eine beidseitige Entgratung erzielen. Wobei man aber auch feststellen muss, dass oftmals eine einseitige Entgratung ausreicht - dies hängt vom Anwendungsfall ab.

Der Grat kann dabei bis zu 5mm stark sein, laut Hersteller.

Teile bis zu 1.500mm Breite können dabei in einem Durchgang entgratet werden.

Manche Entgratungsanlagen-Typen sind modular aufgebaut und erlauben die Zusammenstellung bestimmter Werkzeuge in einer Maschine, so dass gewünschte Effekte z.B. Oberflächenschliff, Finish, Abschlagen von Bart, etc. individuell zusammen gestellt werden können.

Aufgrund der Möglichkeit einer Verkettung von Prozessen, stellen Entgratungsanlagen ein wesentliches Instrument in der automatisierten Fertigung dar und sorgen für eine höhere Wirtschaftlichkeit, wenn die Randparameter gegeben sind.

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