Entgraten - das leidige Thema

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 gehalten wird, aber je nach Metallsorte lässt er sich kaum zu 100% vermeiden.

Doch nicht nur beim Brennschneiden tritt ein Grat auf, auch Laserteile werden häufig nachbehandelt, nämlich dann, wenn ihre Schnittkanten zu scharfkantig sind und man vor Schnittwunden schützen möchte. Je nach Material- und Schnittgüte sind auch Wasserstrahlteile entgratfähig. Grundsätzlich gibt es ein weites Anwendungsfeld für den Einsatz von Entgratsystemen. 

Bei thermischen Schneidprozessen gilt, je mehr Silizium im Metall enthalten ist, desto größer fällt der Grat aus.

Im Gegensatz zum Laserschneiden kann das Plasmaschneidverfahren auch gewöhnliche bzw. minderwertige Stahlsorten sehr gut schneiden. Je nach Maschinenanzahl und Größe des Brennbetriebs sind oftmals ganze Personengruppen mit der Entgratung von geschnittenen Teilen beschäftigt. Im Laufe der Zeit haben sich etliche Entgratungsmöglichkeiten und einige Regeln eingestellt. Welche Entgratungsmöglichkeiten es gibt, stellen wir Ihnen hier vor.

Entgraten von Brennteilen

Entgratete Brennteile

Je nach Material und Bartgröße, springt der Bart beim autogenen Brennschneiden auch einfach ab. Je dicker der Grat ausfällt, um so leichter springt er bei einer mechanischen Erschütterung ab. Daraus haben Anwender die folgende Technik entwickelt:
Man lässt die Brennteile ein wenig abkühlen und wirft sie beim Abräumen vom Brenntisch in den Container oder auf den Boden oder auf eine Palette. Ergebnis: Weitestgehend springt der Grat nach dieser mechanischen Störung ab. Vorsicht: geeigneten Spritzschutz tragen, Körper schützen und auf vorbeigehende Personen achten. 

Wenn aber dieses einfache Verfahren nicht ausreicht, bleibt keine andere Wahl als maschinelle Mittel für die Entgratung einzusetzen.

Mechanisches Entgraten

Rommeln, Entgratungstrommel, Winkelschleifer

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 oder anderen Schleif- oder Schlagkörpern (z.B. Eisenkugeln etc.) 20 bis 40 Minuten lang gedreht, bis dass der Grat an allen Seiten und Kanten abgeschlagen ist.

Nachteil der Entgrattungstrommel (Rommel):

• Die Oberflächen der Teile verkratzen und die Kanten werden unkontrolliert abgerundet - was manche Endkunden stören könnte und zu Reklamationen führen kann
• Außerdem ist dieses Verfahren nur für Kleinteile bis zu einer bestimmten Größe möglich
• Ein erhöhter Lärmpegel ist nicht ausschließbar, der allerdings durch entsprechende Schallisolierung minimiert werden kann
• Prozessverkettung ist hier schwierig

Nachteil der mechanischen Entgratverfahren mit dem Winkelschleifer

• Die manuelle Entgratung ist zeitaufwendig, 
• Die zu entgratenden Teile müssen gedreht werden, was bei Stückgewichten von mehreren Hundert Kilo bis zu einigen Tonnen durchaus zeitaufwendig und nicht ungefährlich ist
• Qualitätssicherung ist erfahrungs- und damit personenabhängig
• Eingeschränkte Reproduzierbarkeit - jedes Teil hat ein anderes Schliffbild
• Handarbeit, Personalbezogen und damit kostenintensiv
• Winkelschleifer und Schleißblätter sind Verbrauchsmaterial
• Unfallgefährdend durch Funken-, Schnitt- und Quetschgefahren
• Prozessverkettung und Materialflussteuerung nur in engen Grenzen möglich 

Laser- und Wasserstrahlteilen mit zu scharfen Kanten entgratet

Nahezu alle Anwender von Schneidanlagen kennen dieses Problem: Laser- und Wasserstrahlteile sind zwar meistens gratfrei, doch dem Endkunden häufig zu scharfkantig. So manch ein Kunde verlangt daher ein Abrunden der entgrateten Kanten. Letztlich kommt es aber auf das Bauteil und seine Verwendung an. In vielen Fällen kann der reine Entgratungsprozess bei den beiden Schneidverfahren Laserschneiden und Wasserstrahlschneiden eingespart werden, wenn alle Parameter optimal eingestellt sind und das Schneidmaterial mitspielt. Sicherer fährt man als Lohnschneider jedoch immer, wenn man alle Zuschnitte sauber entgratet.

Grat bei Plasmazuschnitten

Wie bei Brennteilen ist auch der Grat, der beim Plasmaschneiden entsteht, recht häufig anzutreffen. Je nach verwendeter Plasmastromquelle, Schneiddaten, äußeren Einflüssen und der Materiallegierung kann der Grat von ganz gering bis groß ausfallen. Wird ein Qualitäts-Mehrgasfeinstrahlplasma eingesetzt, reduziert sich der Grat zwar immens, doch häufig ist die nachträgliche Entfernung von Schlacke und anhaftenden Spritzern unablässig. Darüber hinaus gibt es bestimmte Materialgüten, bei denen eine vermehrte Gratbildung auftritt. Je nach Erfahrungsstufe des Lohnschneiders kann auch bei Qualitätsplasma ein mehr oder weniger großer Grat entstehen, den es zu entfernen gilt.

Egal, wie man es auch anstellt, eine 100%ige Gratfreiheit für alle erdenklichen Konturen, bei jeder Materialgüte und in jeder Situationen kann niemand garantieren, so dass das anschließende Entgraten zwar minimierbar, aber gänzlich nicht zu 100% vermeidbar ist.

Grat-Einteilung

Hier der Versuch einer groben Klassifizierung von Grat-Arten und 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.
  
  
• Laser- und Wasserstrahlzuschnitte haben in der Regel weniger Probleme mit den Grat, dafür müssen scharfkantige Zuschnitte gebrochen werden. 

• Qualitätsplasmaschneidanlagen erzeugen weniger Grat als konventionelle Plasmaanlagen.

• Beim Autogenschneiden ist der Grat in der Regel ausgeprägter als beim Plasmazuschnitt.
  
  
• Je heißer das Material, desto mehr Gratbildung beim Brennschneiden und Plasmaschneiden.

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

• Es gibt Qualitätsplasmaverfahren, die gratarm Stahl bis zu 50/60mm schneiden können.

• Qualitätsplasmaschneidanlagen können auch Aluminium sehr gratarm schneiden. Modernste Plasmaschneidanlagen schneiden sogar Edelstahl mit Argon/Wasserstoff bzw. Formiergas extrem gratarm, jedoch bleibt eine starke Konturabhängigkeit der Gratstärken - bei Innenausschnitten/Löchern bildet sich sehr leicht ein Grat.
  
  
• Bei Laserschneidanlagen ist der Schnitt häufig so scharfkantig, dass ein Abrunden erforderlich ist.
  
  
• Wasserstrahlzuschnitte können gratbehaftet sein, wenn es sich bei der Schnittart nicht um einen Qualitätsschnitt handelt.  

Woher stammt der Grat?

Gratbildung kann viele Ursachen haben.

Zunächst die Hauptursache, die für alle Schneidarten gilt:

• Falsche Schnittparamter. Egal welches Verfahren zum Einsatz kommt, stimmt die Geschwindigkeit nicht, der Abstand zum Blech, der Schneidstrom oder die Schneidleistung etc. dann wird der Schnitt nicht die an ihn gestellten Anforderungen erfüllen!
• Damit verbunden: Die Anwender-Erfahrung, insbesondere bei den thermischen Schneidprozessen. Je mehr Erfahrung der Bediener besitzt, je sorgfältiger er arbeitet, desto besser kann er seine Anlage justieren.

Ursache für Grat: Schneidquellen

• Annahme: Die Schneidquellen sind richtig eingestellt und die korrekten Verschleißteile sind eingebaut.
• Laser und Wasserstrahl sind die Werkzeuge der Wahl, wenn es darum geht, keinen bzw. minimalen Grat zu erzeugen. Einschränkung: Beim Wasserstrahl muss ein langsam laufender Qualitätsschnitt verwendet werden, um gratfreie Werkstücke zu produzieren.
• Autogen ist ohne Grat bzw. Bartbildung kaum vorstellbar.
• Plasma muss differenziert werden:
  • Normalplasma-Anlagen, insbesondere ältere Modelle, die auch heute noch in vielen Betrieben ihre Dienste verrichten, sind mit Grat nicht sparsam. Geben Sie dabei nicht dem Bediener die Schuld, es liegt am "einfachen" Brennverfahren.
  • Qualitätsplasmaschneidanlagen reduzieren den Grat auf ein Minimum bzw. erlauben sogar gratfreies schneiden, wenn:
    Die Anlage in ihrem optimalen Betriebsbereich betrieben wird. D.h. ist die max. Schnittdicke einer Plasmaschneidanlage bis 40 mm angegeben, dann gehen Sie davon aus, dass bereits ab 30 mm ein deutlicher Grat auftreten kann. Wann immer an der Qualitätsschnittgrenze geschnitten wird, ist erhöhte Gratbildung beobachtbar.
• Auch die Güte und Zusammensetzung des zu schneidenden Materials beeinflussen die Gratbildung
• Die Oberfläche des Materials hat Einfluss auf die Gratbildung.
• Selbst die Temperatur des Schneidguts besitzt einen großen Einfluss auf die Gratbildung.
• Der Siliziumgehalt des Stahls, sowie manche Legierungsbestandteile beeinflussen die Gratbildung ebenfalls.

Wann lohnt sich maschinelles entgraten?

Entgraten kostet Zeit und bedeutet einen zusätzlichen Aufwand, den der Endkunde oftmals nicht bereit ist, zu bezahlen. Dabei ist diese Mehrarbeit jeden Cent wert.

Das Thema dieses Kapitels lautet also, wie entgrate ich Ressourcen schonend, schnell und preiswert? 

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

Stimmen aus dem Markt:

• 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 20 cm-Teilen bis zu 3.000 cm großen Teilen - dieses Spektrum deckt zur Zeit keine uns bekannte Entgratanlage ab - also brauche ich doch wieder den Winkelschleifer?

So lauten die Argumente einiger Verfechter der manuellen Entgrattechnik. Es gibt aber auch eine Vielzahl an Befürwortern der automatisierten Entgratungstechnik, die mit Hilfe moderner Entgratungssysteme diesen Vorgang automatisiert ausführen. Und diese argumentieren mit dem Zeit- und Kostengewinn den sie durch automatisierte Engratungsanlagen erhalten haben. 

Leistungsfähigkeit von automatischen Entgratungsanlagen

Als Kompromiss für eine Entscheidungsfindung haben Praktiker häufig diese Faustformel zu Grunde gelegt:

• Eine automatische Entgratungsanlage reinigt die Brennteile, die von bis zu 3 Brennschneidanlagen produziert werden.
• Die Investition in eine automatische Entgratunsganlage lohnt sich dann, wenn min. 3 Entgrater diese Arbeit zuvor gemacht haben.

Sind beide Bedingungen erfüllt, sollte man in jedem Fall einen Einsatz einer automatisierten Entgratungsanlage für sein Unternehmen durchrechnen.

Erfahrungswerte zum Einsatz von automatischen Entgratungsanlagen:

• Anwender, die nur wenige Teile pro Tag schneiden, entgraten meist manuell.
• Wer meistens besonders dicke oder besonders große Teile schneidet, wird zur Zeit weiterhin manuell entgraten.
• Für viele Zuschnittbetriebe hingegen, kann es sich lohnen, hier einmal eine konkrete Wirtschaftlichkeitsberechnung durchzuführen. Eine individuelle Betrachtung und Analyse sollte besonders für die Unternehmen gelten, die individuelle Anforderungen und Spezialaufträge ausführen.
• Automatisiertes Entgraten bietet als weiteren Vorzug die Möglichkeit, Prozesse zu verketten.
  Dies kann zu einer weiteren Reduzierung der Produktionskosten führen. Durch Rollengänge können die Teile vom Brenntisch zur Entgratungsanlage gelangen, wenn entsprechende Voraussetzungen gegeben sind.
• Außerdem bieten Entgratungsanlagen als weiteren Vorteile, die Verrundung der Kanten auf Wunsch in einem Arbeitsgang.
• Auch kann den Teilen je nach Modell ein Schliffbild oder ein Oberflächenfinish verabreicht werden, was bei manchen Auftragsarbeiten für beispielsweise Sichtteile sehr nützlich sein kann.
  Einem Produzenten von Design- und Kunst-Modellen aus Edelstahl waren selbst die Kratzer auf der Unterseite der gelaserten Teile bereits unangenehm und die scharfen Kanten des Laserteils zu unfallträchtig. Eine nachträglich manuelle Schleifarbeit befriedigte den Anspruch an ein professionelles Finish nicht, erst eine automatisierte Entgratungsanlage mit Oberflächenbürstung erfüllte seine Anforderungen.

Maschinen-Grenzen automatischer Entgratungsanlagen

Entgratungsanlagen sind auf die jeweiligen Anforderungen individuell auszulegen.

Je nach Maschinenkonzept existieren Entgratungsanlagen, die mit einer Anlage ein- oder beidseitig in einem Durchgang Blechdicken von wenigen Millimetern bis zu 140 mm entgraten.

Durch Verkettung und Wendevorrichtungen ergeben sich weitere Vorteile in der Automatisierung. Der Grat kann dabei, je nach Modell, bis zu 5 mm stark sein, der in einem Arbeitsgang entfernt werden kann.

Teile bis zu 1.500 mm Breite (auf Wunsch auch breiter) 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 erfüllt werden.

Im folgenden Kapitel lesen Sie alles über die Funktionsweisen und Unterschiede von automatisierten Entgratungsanlagen. Der Einfluss der unterschiedlichen Radien beim Abrunden weist dabei auf eine weitere Problematik hin.