Hand in Hand

Im Zusammenspiel von Werkzeug und Maschine übernimmt die Presse die Führungsrolle. In der Konstruktion und Herstellung von Präzisionswerkzeugen für Pressen und Stanzautomaten ist innerhalb der...

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Hartmetall-Werkzeugfabrik Paul Horn GmbH

LK Metallwaren GmbH

Mikron Switzerland AG, Division Tool

Im Zusammenspiel von Werkzeug und Maschine übernimmt die Presse die FührungsrolleIn der Konstruktion und Herstellung von Präzisionswerkzeugen für Pressen und Stanzautomaten ist innerhalb der letzten 30 Jahre ein enormer Technologiesprung eingetreten. Dieser reicht von den handgefeilten Schneidelementen aus Werkzeugstahl bis zu den auf automatischen Maschinen erodierten Hartmetallschnitten. Eine ähnliche Entwicklung der Technik ist mit den Einlegepressen und langsam laufenden Stanzautomaten bis hin zu den heute äußerst präzisen Hochleistungs-Stanzautomaten auch im Pressenbau und im besonderen bei Stanzautomaten zu verzeichnen. Es gibt nur wenige Gebiete der Werkzeugmaschinen-Technik, bei denen die gegenseitige Abhängigkeit so ausgeprägt ist, wie zwischen Umformwerkzeugen und Pressen. Der Stanzautomat übernimmt dabei die Führungsrolle. Der heute hohe technische Stand der Maschinentechnik konnte wie auf allen Gebieten des Werkzeugmaschinenbaus nur in vielen Einzelschritten erreicht werden. Die zunehmende Tendenz der Verkettung von Stanzautomaten mit peripheren Systemen - dazu gehören Materialzufuhr, Teilekontrolle oder Entsorgungseinrichtungen - hat dazu geführt, dass auch die Hersteller von Stanzautomaten sich in vermehrtem Maße mit diesen Bereichen auseinander setzen mussten.Stößelführungen in der Bandlaufebene angeordnetBauweisen mit Anordnung des Triebwerkes im Oberteil der Presse haben sich wegen der guten Zugänglichkeit des Werkzeugeinbauraumes und den weitgehend uneingeschränkten Möglichkeiten für die Abfuhr von Teilen und Abfall an allen vier Seiten durchgesetzt. Das bei Bruderer-Stanzautomaten eingesetzte System basiert auf einer quer zur Bandlaufrichtung angeordneten Exzenterwelle. Die Hubbewegung wird über zwei Pleuel und Parallelführungen auf einarmige Hebel übertragen, an deren entfernten Enden die Stößelverstellung angeordnet ist. An den Hebeln werden Drucksäulen angelenkt, welche die Hubbewegung auf den Stößel übertragen. Dieses einzigartige Antriebssystem ermöglicht eine Stößelführung, die ausschließlich in der Bandlaufebene angeordnet ist. Die Wichtigkeit dieses Merkmals ist bei außermittigen Belastungen der Stanzwerkzeuge enorm, da der Stempel in der Bandlaufebene nie auslenkt und somit die Werkzeugstandzeit nicht negativ beeinflusst wird. Das Hebelsystem weist noch eine Vielzahl weiterer Vorteile auf. Die sehr kurze Kurbelwelle hat eine große Biege- und Verdrehsteifigkeit. Die Drehmassen sind entsprechend gering, was sich auf das Start-/ Stoppverhalten des Stanzautomaten positiv auswirkt (Bild 1).Eine wichtige Besonderheit schnell laufender Stanzautomaten stellt das System für den Massenausgleich dar. Diese Einrichtung ist ei-nerseits notwendig, um die bei hohen Hubfrequenzen entstehenden sehr großen Massenkräfte innerhalb der Maschine auszugleichen und dadurch eine Übertragung freier Massenkräfte auf Fundament, Gebäude und andere in der Nähe angeordnete Maschinen zu vermeiden.Andererseits trägt ein vollkommener Massenausgleich in entscheidendem Maße dazu bei, Schwingungen innerhalb des Maschinengestelles und des Triebwerkes zu vermeiden und dadurch die Werkzeugstandzeiten zu verbessern.Die Konstellation der Elemente bringt SicherheitDie Lager am Exzenter (Pleuellager) und an der Exzenterwelle sind als Zylinderrollenlager ausgeführt. Sie sind in erster Linie auf minimale Deformation dimensioniert und zur Schmierung und Kühlung an den Druckölkreislauf angeschlossen. Die Lager des Hebelsystems sind als hydrodynamische Gleitlager ausgebildet und ebenfalls an das Druckölsystem angeschlossen. Die Gleitlager weisen im Gegensatz zu Wälzlagern bezüglich Schwingungen sehr gute Dämpfungseigenschaften auf.Die Ausbildung und Anordnung der Führungen für den Stößel sind für die einwandfreie Funktion der Kombination Werkzeug/Stanzautomat von ausschlaggebender Bedeutung. Besonders ab dem Zeitpunkt des Auftreffens der Stempel auf das Material ist höchste Genauigkeit erforderlich. Bei Bruderer werden hydrostatisch-hydrodynamische Gleitführungen eingesetzt, welche in den vier Maschinenstützen in der Bandlaufebene angeordnet sind. Durch entsprechende konstruktive Ausbildung wird erreicht, dass auch bei Temperaturunterschieden zwischen Pressentisch und Stößel keine Spieländerungen zwischen Führungssäule und Führungsabstützung auftreten. Dieser Temperaturunterschied beträgt unter Produktionsbedingung oftmals bis zu 5° C. Wenn man bedenkt, dass nur 1° Temperaturveränderung bei einer Distanz der Stößelführungen von einem Meter, einer Ausdehnung von 0,011 mm entspricht, so kann man die Wichtigkeit von thermisch neutraler Stößelführung abschätzen.Hohe Hubfrequenzen durch moderne WerkzeugeModerne Präzisionswerkzeuge erlauben heute bereits Hubfrequenzen bis zu 2000 min-1 und darüber. Die mittleren Bandgeschwindigkeiten erreichen Werte bis zu 100 m/min, die maximalen Bandgeschwindigkeiten während der Vorschubphase können bis zu 300 m/min betragen. Dazu kommen noch die Forderungen nach Abdeckung eines möglichst großen Bereiches hinsichtlich Bandbreite, Banddicke, Vorschublänge und zu beschleunigendem Bandgewicht sowie einer stufenlosen Vorschub-längenverstellung. Zusätzlich werden Wiederholgenauigkeiten der einzelnen Vorschubschritte von ungefähr +/- 0,01 mm verlangt.Unter diesen extremen Einsatzbedingungen werden an die Genauigkeit der Vorschubapparate besonders hohe Anforderungen gestellt. Sie lassen sich am besten mit mechanisch zwangsangetriebenem Walzenvorschub mit oszillierenden Walzen, Klemmlineal und Zwischenlüftung erreichen. Der Ist-Wert der Vorschublänge wird über einen an den Walzen angeordneten Geber elektronisch erfasst und digital auf der Pressensteuerung angezeigt. Mit mo-dernster Steuerungstechnik ist zudem bei sich ändernder Hubfrequenz an der laufenden Maschine eine manuelle oder automatische Korrektur der Vorschublänge möglich.Die Erstellung von Schnittkonturen, Biegungen, Prägungen ist beim Stanzvorgang durch das Werkzeug vorgegeben. Daher ist für den eigentlichen Umformvorgang keine besondere Steuerung erforderlich. Dennoch sind einige Vorgänge zu steuern, zu überwachen und zu regeln, um die Qualität der Stanzteile zu sichern, den Verschleiss an Werkzeugen zu mindern und das Umrüsten zu erleichtern.Im Hinblick auf das Prägebild und den Werkzeugverschleiß ist die Konstanthaltung der Eintauchtiefe bei modernen Pressen sehr wichtig. Bei konventionellen Stanzmaschinen kann sich, wie schon oben beschrieben, infolge der Fliehkräfte die Eintauchtiefe der Stempel und damit auch das Prägebild des Stanzteils verändern, wenn die Hubfrequenz erhöht wird. Mit modernen Steuerungen lässt sich der Vorgang so steuern, dass der Abstand zwischen Ober- und Unterwerkzeug im unteren Totpunkt bei allen Hubfrequenzen in sehr engen Toleranzen bleibt. Die Verstellung erfolgt an der laufenden Maschine und kann manuell oder automatisch vorgenommen werden.Betriebsdatenaustausch sichert den ProzessDie Möglichkeit der Kommunikation mit übergeordneten Leitrechnern ist vor allem mit dem Einzug der PC-Technik rasch weiterentwickelt worden. Standardisierte Schnittstellen, wie sie uns auch aus der Bürowelt inzwischen bekannt sind (serielle Schnittstelle RS 232, Token-Ring, Ethernet, verschiedene BUS-Systeme wie Profibus), gestatten einen nahezu unbegrenzten Austausch von Daten (Umrüstdaten, Betriebsdaten, Fehlermeldungen). Selbst moderne Schlagworte wie ,,Teleservice, ,,Remote Access" oder ,,totale Vernetzung" sind in der Stanzerei schon Realität.Die Schnittstellen zwischen Presse und Werkzeug wären unvollständig behandelt, würde nicht auch auf die Thematik von Werkzeugüberwachungssystemen eingegangen. Sie haben die Aufgabe zu erfüllen, den Funktionsablauf innerhalb eines Werkzeuges zu überwachen (Vorschubkontrolle, Doppelblechkontrolle, Auswurfüberwachung), Schäden am Werkzeug zu erkennen (Stempelbruchüberwachung) und in allen Störfällen sofort einen Pressenstopp auszulösen.In der Vergangenheit wurden die Prozessüberwachungen häufig als voneinander getrennte Systeme konzipiert. Neuerdings werden sie aber auch in der Pressensteuerung integriert. Sie übernehmen in diesem Falle nicht nur eine Schutzfunktion für die Maschine selbst (Überwachung der maximalen Stanzkraft) und das Werkzeug, sondern häufig auch die Funktion der Prozesssteuerung.Der Vollständigkeit halber sei an dieser Stelle erwähnt, dass im Zuge einer integrierten Qualitätssicherung spezielle Erweiterungen zu Werkzeugüberwachungssystemen entwickelt worden sind, welche eine 100%ige Kontrolle einzelner Abmessungen (elektronische Bildverarbeitung) oder Funktionen (Steckerabzugkraft) ermöglichen.Die Zeiten liegen noch nicht so lange zurück, in denen beim Aufbau einer Stanzlinie vorwiegend in Einzelkomponenten gedacht wurde. Der Stanzautomat galt zwar schon lange als das Herz der Anlage. Das Umfeld hingegen wurde als nicht so wichtig beurteilt und dementsprechend fand sich in den Stanzereien eine kunterbunte Vielfalt zusammengewürfelter Einzelkomponenten. Diese Situation hat sich inzwischen grundlegend geändert. Als Folge zeichnet sich der Trend ab, die Verantwortung an den oder die Hersteller der Maschinen zu delegieren und in nächster Konsequenz ,,alles aus einer Hand" zu beschaffen.Anlagenkomponenten aufeinander abstimmenDie ursprünglich einfachen und für sich alleine einsetzbaren einzelnen Maschinen einer Stanzanlage müssen in einer funktions-, sicherheits- und steuerungstechnisch optimierten Anlage zusammengefasst werden, aus der Ansammlung einzelner Anlagenkomponenten wird das Stanzsystem.Moderne Hochleistungs-Stanzautomaten, perfekt darauf abgestimmte Präzisionswerkzeuge und in das System eingebundene optimale Peripherie-Geräte gelten heute in der Umformtechnik als eine notwendige Voraussetzung für eine wirtschaftliche Fertigung. Darin steckt aber noch weiteres Optimierungspotenzial.