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Produktivität erhöhen beim Shot Peening

Shot Peening, auch Verfestigungs- oder Kugelstrahlen genannt, ist in Branchen wie der Fahrzeugindustrie sowie Luft- und Raumfahrt ein unverzichtbares Verfahren. Es wird eingesetzt, um Druckeigenspannungen in das Bauteil einzubringen und damit die Dauerfestigkeit des Materials deutlich zu erhöhen.

von | 18.06.24

Rösler Shot Peening Anlage, Bildquelle: Rösler
© Rösler
Rösler Shot Peening Anlage

Juni 2024 | Rösler, ein Spezialist für Oberflächenbehandlung, setzt neue Maßstäbe im Bereich des Shot Peening, auch bekannt als Verfestigungsstrahlen oder Kugelstrahlen. Shot Peening ist essentiell für Branchen wie die Fahrzeugindustrie sowie die Luft- und Raumfahrt, um die Dauerfestigkeit von Bauteilen zu steigern.

Shot Peening kommt beispielsweise bei Verzahnungs-, Lenkungs- und Getriebeteilen, Federn, Antriebs- und Kurbelwellen sowie Turbinenschaufeln zum Einsatz. Ein Vorteil des Verfahrens ist, dass das Bauteilgewicht bei gleicher mechanischer Belastbarkeit verringert werden kann, was insbesondere in der E-Mobilität eine größere Reichweite durch geringeren Stromverbrauch ermöglicht. In diesem Bereich erfordern veränderte Bauteilstrukturen und -geometrien häufig eine Anpassung des Prozesses. Hinzu kommen deutlich höhere Anforderungen an die Energie-, Ressourcen- und Kosteneffizienz und somit um die Steigerung der Produktivität.

Bei der Umsetzung der notwendigen Maßnahmen unterstützt Rösler umfassend.

Energieverbrauch verringern durch Turbinen statt Druckluftdüsen

Um vorgegebene Druckeigenspannungswerte prozesssicher zu erreichen, erfolgt das Verdichtungsstrahlen klassischerweise mit Druckluft-Strahlanlagen, die einen hohen Energieeinsatz erfordern. Durch gezielte Weiterentwicklung bei Strahlturbinen lassen sich zahlreiche Anwendungen, für die bisher Druckluftdüsen erforderlich waren, inzwischen mit energiesparenden und effizienten Strahlturbinen reproduzierbar umsetzen.

Wichtige Aspekte sind dabei die Bauteildimensionen, die gewünschten Oberflächeneigenschaften und das Strahlmittel. Rösler führt dazu Strahlbild- und Prozesssimulationen sowie reale Strahlversuche in seinen Customer Experience Center (CEC) durch. Diese finden unter produktionsnahen Bedingungen statt und nutzen röntgendiffraktometrische Auswertungen, um zu bestimmen, ob und mit welchen Strahlparametern das gewünschte Ergebnis erzielt werden kann.

Shot Peening Strahlbildsimulation

Strahlbildsimulation ermöglicht die Optimierung komplexer Strahlprozesse, Bildquelle: Rösler

 

Eine Kooperation mit einem großen europäischen Automobilhersteller führte bereits zu einer Energieeinsparung von 30 % und einer um 50 % gesteigerten Strahlkapazität. Aufgrund dieser positiven Erfahrungen sind bei diesem Kunden mittlerweile vier mit Turbinen ausgestattete Shot Peening-Anlagen in Betrieb.

 

Geringerer Anlagenverschleiß und höhere Produktivität

Optimierungspotenzial steckt häufig auch in der Überprüfung der verwendeten Strahlparameter. Denn einmal ermittelt, werden diese im täglichen Betrieb meist nicht mehr hinterfragt – hoher Anlagenverschleiß und nicht genutztes Produktionspotenzial sind häufig die Folge.

Perfekt eingestellte Prozessparameter, inklusive der Auswahl des optimalen Strahlmittels, gewährleisten hohe Bauteilqualität, geringen Anlagenverschleiß und somit niedrigere Betriebskosten der Strahlanlage.

Reichen diese Maßnahmen bei vorhandener Technik nicht aus, kann ein Retrofit die richtige Lösung sein. Dies beinhaltet unter anderem die Aufrüstung der Anlage mit leistungsfähigeren Komponenten, beispielsweise stärkeren Turbinen, ebenso wie die Konstruktion von Werkstückaufnahmen für neue beziehungsweise veränderte Bauteile, inklusive einer Anpassung des Strahlbilds.

In allen Fällen sorgen Versuche im CEC sowie Ergebnisanalysen mittels Röntgendiffraktometrie, Überdeckungstests und bei Bedarf Messungen der Oberflächenrauheit sowie lichtmikroskopische Untersuchungen dafür, dass das geforderte Strahlergebnis sichergestellt werden kann. Ganz generell spielt das eingesetzte Strahlmittel eine wichtige Rolle für die Ressourceneffizienz und Wirtschaftlichkeit des Prozesses. Ob es für die jeweilige Anwendung optimal ist, lässt sich durch eine Strahlmittelanalyse feststellen.

Rösler Satellitentaktstrahlanlage RST

Rösler Satellitentaktstrahlanlage RST, Bildquelle: Rösler

 

Shot Peening nass oder trocken

Das Verdichtungsstrahlen mit Druckluftdüsen kann in einem Nass- oder Trockenprozess erfolgen. Für das trockene Strahlen spricht unter anderem, dass höhere Strahlintensitäten möglich sind, ebenso lassen sich Teilbereiche an Werkstücken gezielt bearbeiten. Darüber hinaus können sowohl der Prozess als auch das Strahlmittel sehr genau überwacht werden.

Zu den Vorteilen des Nassstrahlens zählen geringere Strahlmitteleinschlüsse sowie eine niedrigere Oberflächenrauheit. Der „sanftere“ Prozess ermöglicht außerdem die Bearbeitung von sehr dünnen Werkstücken.

Es gibt also gute Gründe für jedes dieser Verfahren, aber insbesondere aus Wirtschaftlichkeits- und Qualitätsgesichtspunkten muss die Technologie zur jeweiligen Aufgabenstellung passen. Da Rösler ein breites Spektrum an verschiedenen Anlagentypen und –verfahren hat, ist eine objektive Auswahl der am besten geeigneten Technologie gewährleistet.

Die verschiedenen Maßnahmen zur Prozessanpassung und -optimierung einschließlich der Versuchs- und Analysemöglichkeiten sind so ausgelegt, dass Shot Peening-Anlagen auch unter veränderten Produktionsbedingungen über ihren gesamten Lebenszyklus prozesssicher betrieben werden können. Dabei werden auch die aktuellen Anforderungen an Energie- und Ressourceneffizienz sowie Wirtschaftlichkeit erfüllt.

 

(Quelle: Rösler/2024)

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