Kurze Zykluszeiten im Presswerk durch schnelle Be- und Entladefeeder

Bei der Automatisierung von Pressenlinien lassen sich mit Belade- und Entnahmefeedern hohe Verfahrgeschwindigkeiten realisieren. Durch die Gewichtsreduzierung der bewegten Massen um bis zu 60%...

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Aachener Maschinenbau GmbH

G+K Umformtechnik GmbH

Mikron Switzerland AG, Division Tool

Bei der Automatisierung von Pressenlinien lassen sich mit Belade- und Entnahmefeedern hohe Verfahrgeschwindigkeiten realisieren. Durch die Gewichtsreduzierung der bewegten Massen um bis zu 60% erreicht ein Feeder mit zwei Servoantrieben eine Geschwindigkeit von 300 m/min. Eine minimierte Verweildauer der Feeder im Pressenarbeitsraum optimiert zudem die Zykluszeit.In Karosserie-Presswerken werden immer komplexere Ziehteile auch für den sensiblen Außenhautbereich im Automobilbau gefertigt. Dabei sinkt die Anzahl der Blechteile an Fahrzeugen, während die Dimension der Werkstücke einen erheblichen Zuwachs erfährt. Manuell sind diese Werkstücke nicht mehr zu handhaben. Neben der Produktion für Serienmodelle sollen zusätzlich Nachfertigungen für Ersatzteile mit alten Werkzeugen kostengünstig durchgeführt werden können. Für diese Anforderungen bietet die W. Strothmann GmbH & Co. KG, Schloß Holte-Stukenbrock, die komplette Automatisierung für die Verkettung von mechanischen oder hydraulischen Pressen zu Linien. Angefangen bei der Machbarkeitsstudie, Projektmanagement über Konstruktion und Fertigung bis zur Inbetriebnahme und Service. Die Pressenlinien bestehen typischerweise in Fertigungsrichtung aus dem Platinenladebereich mit zwei Platinenwagen, einer Doppelblechablage, dem Entstapelfeeder, der Platinenwaschmaschine sowie der Besprüh- und der Zentrierstation. Vier bis sechs hydraulische Pressen mit je einem Be- und Entladefeeder folgen. In die Pressenlücken sind wahlweise Orientier- oder Wendestationen integrierbar (Bild 1). Die Platinenstapel werden mit dem Hallenkran auf einen der beiden Platinenwagen außerhalb des Sicherheitsbereiches aufgesetzt und dann durch ein Sicherheitstor in den Platinenabstapelbereich eingefahren. Der Abstapelfeeder dient der Vereinzelung der Platinen. Nach deren Ablage erfolgt die Kontrolle auf Doppelbleche, die, so vorhanden, der Feeder in der Doppelblechablage entsorgt. Besteht Bedarf, durchläuft die Platine anschließend über einen Magnetbandtransport die Waschmaschine. Das Waschen der Bleche vor dem Umformvorgang ist bei Außenhautblechen eine bestehende Notwendigkeit, die eine Erhöhung der Bauteilqualität sowie gegebenenfalls der Lebensdauer der Presswerkzeuge gewährleistet. In der nachfolgenden Besprühstation wird die Platine mit einer definiert aufgebrachten Schicht Ziehöl partiell beschichtet, läuft dann auf die Zentrierstation, wo sie in X- und Y-Richtung ausgerichtet wird. Von dieser Position übernimmt der Beladefeeder der Ziehpresse die Platine. Durch diese, auch steuerungstechnische Gliederung in einzelne Sektionen sind die jeweiligen Einzelstationen entkoppelt. Die Pufferbereiche gewährleisten, dass die Pressenlinie auch bei Platinenstapelwechsel nicht auf Platinen warten muss.Jeder Presse sind ein Belade- und Entnahmefeeder und eine Ablage- oder Orientierstation zugeordnet. Die Feedersteuerung kommuniziert mit der Pressensteuerung zum Minimieren der Verweildauer der Feeder in der Maschine. So fährt der Entnahmefeeder bereits in die sich öffnende Presse ein. Sobald er die Platine aus dem Werkzeug entnommen hat und aus der Presse ausfährt, folgt ihm der Beladefeeder mit geringstem Abstand. Mit dem beginnenden Ausfahren des Beladefeeders aus der Maschine gibt dieser den neuen Hub frei. Die sich so überschneidenden Bewegungen gewährleisten eine optimale Hubzeit nahe der Maschinenbruttoleistung. Die Platine wird vom Entnahmefeeder auf die Orientierstation abgelegt, wo sie neu orientiert und vom Beladefeeder der Folgepresse übernommen wird. Anstelle der Zwischenablage kann je nach Pressteil (zum Beispiel Wannen in Dachlage) auch eine Wendestation eingebracht werden, die neben der Neuorientierung das Ziehteil um bis zu 180° schwenken kann.Die hohe Dynamik der Feeder wird durch die geringen verfahrenen Systemmassen erreicht. Dem patentierten System von Strothmann genügen zwei stationäre Servoantriebe für den Feeder. Die Hubachse mit integriertem pneumatischem Gewichtsausgleich wird über eine im Profil der Fahrachse integrierte Torsionswelle angetrieben. Den Antriebsriemen der Hubachse treibt das auf der Torsionswelle in X-Richtung frei verschiebbare Zahnriemenrad an. Diese kompakte Hubeinheit wird über den Antriebszahnriemen der X-Achse, der gleichzeitig die offene Profilseite der Torsionswelle abdeckt, mit einem Servomotor in Bewegung versetzt. Die spezielle Gestaltung der Profile beugt dem Eindringen von Verunreinigungen vor. Mit diesem einfachen System wird eine Gewichtsreduzierung der bewegten Massen von bis zu 60% erreicht. So lassen sich in der Pressenstraße mit den Feedern Verfahrgeschwindigkeiten von bis zu 300 m/min und Beschleunigungen bis 10 m/s2 bei einer Positioniergenauigkeit von 0,1 mm erzielen. Schnelles Umrüsten bei ProduktwechselDie Produktivität einer Pressenlinie wird nicht nur durch die theoretische Hubzahl bestimmt. Verfügbarkeit wie andere Nebenzeiten bestimmen die Wirtschaftlichkeit erheblich mit. Deshalb legen Anwender vor allem Wert darauf, bei kleinen Losgrößen in kürzester Zeit den Produktwechsel vornehmen zu können. Bei einer Hochleistungspressenlinie sind im Bereich der Beschickung nur der Platinenstapel und ein Sauggreifer zu wechseln, was sich auf dem zweiten Platinenwagen bereits während der Produktion des Vorteiles durchführen lässt. Die Werkzeuge werden auf dem bodenebenen Rundschienensystem mit Werkzeugwechselwagen aus den Pressenlücken gefahren und mit dem Hallenkran ins Werkzeuglager transportiert. Die neuen, bereitstehenden Werkzeuge werden auf den Werkzeugwechseltisch aufgesetzt und wieder in die Pressen gebracht. Das Rundschienensystem verläuft plan zum Hallenboden und lässt sich selbst mit einer Kehrmaschine reinigen. Parallel zur Werkzeugmontage in den Pressen werden die Spinnen (Sauggreifer) in den Schnellwechselaufnahmen der Feeder getauscht. Die Anwahl der Programme für die Pressen und die Feeder erfolgt zentral am Bedientableau. Ein eingespieltes Team von Facharbeitern führt die Umrüstung der Pressenlinie heute in weit unter einer Stunde durch.Eine Pressenstraße muss möglichst kontinuierlich produzieren, um rentabel zu laufen. Bei Strothmann werden die werkzeugspezifischen Sauggreifer (Bild 2) in der Werkstatt komplett erstellt und eingefahren. Dazu wird das Werkzeugunterteil mit bereitgestellten Operationsteilen auf einem Rüstplatz montiert, vor dem ein von Hand verfahrbarer und höhenverstellbarer Schlitten mit Schnellspannfutter den Feeder simuliert. Die Spinnen für Belade- und Entnahmefeeder können jeweils nach Drehen des Werkzeuges um 180° komplett getestet werden. Die Basis der Spinnen bildet ein 80-mm-Quadratrohr, da bei großen Pressteilen (bis 8 m2) hohe Kräfte vonnöten sind, um das beölte Teil schnell aus dem Werkzeug zu entnehmen. Diese überschreiten in der Regel das Zehnfache des Eigengewichts der Teile. An das Quadratrohr sind entsprechend der Werkzeuggeometrie gebogene Rohre mit 25 mm Durchmesser angeschweißt. Die Sauger werden mit justierbaren Gelenkköpfen an den Rohren befestigt. An der Presse wird über diese Gelenkköpfe nur noch die Feinjustierung vorgenommen. Das Teachen der Feeder ist einfach und schnell durchgeführt, da nur lineare Bewegungen in X- und Y-Richtung anzufahren sind. Zusätzlich sind die Freigabepunkte der Feeder zur Presse und untereinander zu setzen. Weil die Einrichtarbeiten parallel zu den anderen Arbeiten an den Pressen durchgeführt werden können, blockieren sie die Presse im Schnitt nur wenige Stunden.Trend von Knickarmrobotern zur FeederautomationDa der Feeder die Platinen nur in Produktionsrichtung beschleunigt, ist auch bei großen Karosserieteilen, anders als beim Knickarmroboter, das Erreichen hoher Verfahrgeschwindigkeiten möglich. Zudem sind bei der Feederautomation die Fliehkräfte gering, weil nur lineare Bewegungen und keine Kreisbewegungen beschrieben werden. Daraus resultiert eine deutlich höhere Ausbringung. Hinzu kommt, dass die Bauteile bei der Feederautomation nur geringen Knickbeanspruchungen unterliegen. Werden nicht alle sechs Pressen zur Fertigstellung der Pressteile benötigt, können die weiteren auch im manuellen Belade- und Entlademodus betrieben werden. Die Feeder befinden sind dann in Grundstellung oberhalb des Pressraumes und damit außerhalb des Arbeitsbereiches. Anders als der Knickarmroboter in der Pressenlücke bedeuten sie keine Behinderung des Produktionsablaufes.