Mehr Flexibilität durch modulares Konzept

Der Autor Philip Grützner ist stellvertretender Entwicklungsleiter bei der Promess Gesellschaft für Montage- und Prüfsysteme mbH, Berlin

Die Anforderungen an Systemlieferanten der Stanz- und Umformtechnik sind äußerst vielfältig. Ein starker Trend zu höheren Bauteilkomplexitäten, eine zunehmende Variantenvielfalt bei gleichzeitig verkürzten Produktlebenszyklen und der Einsatz neuer Werkstoffe erfordern daran angepasste Lösungen. Die Hersteller von Maschinen und Anlagen müssen darauf mit ständig neuen Konzepten und Entwicklungen reagieren.

So entwickelt die Promess Gesellschaft für Montage- und Prüfsysteme mbH, Berlin, momentan zusammen mit dem Lehrstuhl Konstruktion und Fertigung der BTU Cottbus, gefördert durch die AiF Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e.V., ein modulares Pressensystem mit Servospindelantrieben. Mit den Modulen lassen sich Schneid-, Umform- und Fügeoperationen ausführen. Dafür werden bewährte Promess-Standardkomponenten für die Füge- und Montagetechnik weiterentwickelt und an die teilweise abweichenden Anforderungen der Stanz- und Umformtechnik angepasst. Das System eignet sich jedoch auch für die Komplettbearbeitung von Bauteilen.

Das modulare Pressenkonzept eröffnet eine Reihe von Vorteilen: Es bietet die Möglichkeit prozessangepasster Hubverläufe, einer verbesserten Prozessüberwachung und -steuerung und einer Verkürzung von Zykluszeiten durch verbesserte dynamische Eigenschaften. Daraus resultiert eine Erhöhung der Flexibilität sowie in vielen Fällen eine Erweiterung von Prozessgrenzen und eine Steigerung der Produktivität und Wirtschaftlichkeit. Die größten Vorteile gegenüber bisherigen Systemen können bei komplizierten Aufgabenstellungen und komplexen Bauteilgeometrien generiert werden.

Technologisch stehen die für das Schneiden und Umformen optimalen Prozessparameter im Widerspruch zueinander, sodass eine Entkopplung von Prozessen in vielen Fällen zu großen Vorteilen führen kann. Dadurch können sowohl die Bauteilkomplexität, als auch die Bauteilqualität (Schnittkanten etc.) gesteigert werden. In einem Folgeverbundwerkzeug steht dem Anwender lediglich eine spezifische Hubcharakteristik zur Verfügung, sodass letztlich die Operation und das Werkzeug an die Maschine angepasst werden müssen. Eine Kraftüberwachung kritischer Prozesse kann nur durch eine komplizierte und kostenintensive Integration von Messtechnik in das jeweilige Werkzeug realisiert werden. Das modulare Pressensystem hingegen ermöglicht standardmäßig die Kraft-Weg-Überwachung jedes einzelnen Moduls. Stempelbrüche beispielsweise lassen sich so sofort erkennen.

Bei mechanischen Pressen tritt generell das Problem auf, dass die Hubcharakteristik der jeweiligen Maschine fest vorgegeben ist und nur in sehr engen Grenzen beeinflusst werden kann. Hier erfordern komplexe technologische Anforderungen einen enorm hohen Werkzeugaufwand. Aufgrund frei programmierbarer Achsen ist der Anwender mit Hilfe von Servospindelpressen in der Lage, jeden Prozess individuell an dessen Bedürfnisse (Kraft, Weg, Geschwindigkeit) anzupassen sowie effektiv zu steuern und zu überwachen. Im Gegensatz zu mechanischen Exzenterpressen steht dabei, wie bei hydraulischen Pressen, die Nennpresskraft über den gesamten Hub zur Verfügung. Zusätzlich können jedoch hohe Geschwindigkeiten und sehr hohe Genauigkeiten erreicht werden.

Der Wartungs- und Instandhaltungsaufwand ist hingegen sehr gering. Die Servospindelpressen vereinen demnach sämtliche Vorteile mechanischer und hydraulischer Pressen. Dem gegenüber stehen lediglich die bislang noch nach oben beschränkten Kräfte, wenn gleichzeitig hohe Geschwindigkeiten und Beschleunigungen gefordert sind. Dem kann jedoch durch die Aufteilung der Gesamtkraft auf mehrere Achsen und eine entsprechende modulare Verkettung der Einzelpressen erheblich entgegengewirkt werden. Durch die Möglichkeit der Synchronisation mehrerer hintereinander angeordneter Achsen lässt sich die Nennkraft einer Stufe entsprechend erhöhen und somit das Teilespektrum erweitern.

Weiterhin können im Bedarfsfall auch mehrere Operationen in einem Stufenwerkzeug zusammengefasst werden. Dies ist jeweils bauteil- und prozessabhängig und von Konstruktion und Methodenplanung individuell zu entscheiden. Durch die gleichzeitige Synchronisation aller vorhandenen Achsen können jedoch auch weiterhin Folgeverbundwerkzeuge verwendet werden. Das mehrachsige Konzept führt zu einer Reduzierung von Massenträgheiten und somit zu Verbesserungen der dynamischen Eigenschaften des Gesamtsystemes. Im Hinblick auf zunehmende Bauteilkomplexitäten und die immer häufiger auftretende Forderung nach Komplettbearbeitung eröffnet es außerdem große Kosteneinsparpotenziale.

Aufgrund verschärfter Wettbewerbsbedingungen und stetig steigender Energiepreise gewinnt das Thema Energieeffizienz bei der Auslegung und Beschaffung von Maschinen und Anlagen zunehmend an Bedeutung. Während früher oftmals nur die reinen Anschaffungskosten betrachtet wurden, ist man in der Industrie mittlerweile zu einer ganzheitlichen Betrachtung übergegangen. Die Wirkungsgrade elektromechanischer Systeme liegen, je nach Applikation, im Bereich von mindestens 85 %. Energierückspeisung und Zwischenspeicherung sind in der Servotechnik bereits heute Stand der Technik. Im Vergleich mit sämtlichen Antriebskonzepten, besonders jedoch mit der Hydraulik und der in der Fügetechnik stark verbreiteten Pneumatik, ist die Energiebilanz elektromechanischer Systeme konkurrenzlos. Hierbei können, je nach Anwendungsfall, bis zu 95 % der Energiekosten eingespart werden.

Basierend auf dem aktuellen Produktspektrum für Füge- und Montagetechnik soll die Presskraft eines Modules zwischen 5 und 300 kN betragen. Dadurch kann bei entsprechender Achsenanzahl ein beachtliches Produktspektrum abgedeckt werden. Somit lassen sich mit dem modularen Pressensystem sowohl Kleinstteile aus der Mikro- und Feinwerktechnik als auch mittelgroße Bauteile für die Automobilindustrie und andere Branchen in hoher Produktivität und Qualität fertigen. Weitere entscheidende Vorteile sollen durch eine hohe Benutzerfreundlichkeit und geringen Platzbedarf erzielt werden.

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