Pneumatische Klemmelemente sorgen für sicheren Halt in allen Positionen

Exklusiv in KEM Die Autorin: Isabel Günthner, Medien und Kommunikation, Zimmer GmbH, Ettlingen

Trumpf ist vor allem in den Geschäftsfeldern Werkzeugmaschinen, Lasertechnik, Elektronik und Medizintechnik aktiv. Das 1923 gegründete Familienunternehmen ist bei industriellen Lasern und bei Werkzeugmaschinen für die flexible Blechbearbeitung wohl unangefochtener Technologie- und Marktführer. Stanzmaschinen aus Ditzingen ermöglichen die dreidimensionale Blechbearbeitung und werden auch als vollautomatisierte Anlagen ausgebaut. Mit den Stanzmaschinen der Baureihe TruPunch 3000 bietet Trumpf beispielsweise eine ressourceneffiziente Universalmaschine, die Bleche bis 6,4 mm restgitterfrei bearbeiten kann. In dieser Baureihe setzte der Maschinenbauer lange Zeit Stanzköpfe mit hydraulischem Antrieb ein. Die Hydraulik brachte aber verschiedene Nachteile mit sich: Der Wartungsaufwand ist relativ hoch, denn die Verschlauchung muss regelmäßig auf Dichtigkeit überprüft werden, und in festen Intervallen wird auch ein Austausch des Druckspeichers fällig. Zudem gibt es immer eine gewisse Gefahr von Leckagen und der Verschmutzung durch Ölspuren.

Trumpf wollte daher den Stanzkopf TruPunch 3000 von einem hydraulischen auf einen elektrischen Antrieb umstellen und dabei einen Kugelgewindetrieb mit Direktantriebstechnik einsetzen. Damit mussten aber auch für Zusatzfunktionen wie den Antrieb und die Fixierung des Abstreifers nichthydraulische Lösungen gefunden werden – und zwar ohne große konstruktive Änderungen. Der Abstreifer wurde daher auf einen pneumatischen Antrieb umgestellt und sitzt nach wie vor an drei Halteachsen, die radial um den Stanzzylinder angeordnet sind.

Abstreifer sind neben dem Stempel und der Matrize der dritte zentrale Bestandteil eines Stanzwerkzeugs. Sie werden an die Konturen des Stempels angepasst und liegen meist direkt auf dem Blech auf, sodass die Werkstücke beim Stanzvorgang in Position gehalten und unerwünschte Verformungen verhindert werden. Bei einer alternativen Anwendung wird der Abstreifer dagegen in einem bestimmten Abstand über dem Werkstück positioniert und verhindert beim Zurückziehen des Stanzstempels, dass das Blech am Stempel hängen bleibt und mit nach oben gezogen wird. Bei dieser Variante wird also der Abstreifer in einer definierten Position fixiert, und seine Haltevorrichtung muss in der Lage sein, die Abstreifkräfte sicher aufzunehmen.

Auf der Suche nach einer geeigneten Lösung für diese Aufgabe stießen die Ingenieure von Trumpf auf die Klemmelemente der Zimmer Group. Solche Klemmelemente werden z. B. eingesetzt, um Hubwerke zu positionieren, Maschinentische festzustellen oder Achsen mit pneumatischem Antrieb beim Errreichen der gewünschten Position zu fixieren. Zimmer bietet Klemmelemente in einer großen Vielfalt an manuellen, pneumatischen, elektrischen oder hydraulischen Ausführungen an. Die meisten Baureihen weisen zwei synchron laufende Keilgetriebe auf, die dafür sorgen, dass die Klemmkräfte von beiden Seiten einer Achse oder Führung wirken. Querbelastungen durch den Klemmvorgang werden dadurch weitgehend vermieden, und bei den schwimmend gelagerten Baureihen sind Querkräfte schon konstruktionsbedingt ausgeschlossen.

Die Zimmer Group konnte mit ihrem breiten Lieferportfolio zwar die geeignete Klemmtechnologie anbieten, allerdings stellten sich bei der Stanzmaschine von Trumpf spezielle Anforderungen, die nicht mit Klemmkomponenten aus dem Standardlieferprogramm abgedeckt werden konnten: Um die bewährte Konstruktion des Abstreifers trotz des Wechsels von einer hydraulischen zu einer pneumatischen Klemmung nicht verändern zu müssen, sollte die neue Klemmlösung in den bisherigen, knapp bemessenen Bauraum rund um den Stanzzylinder integriert werden. Die Klemmvorrichtung musste daher sehr kompakt ausfallen und gleichzeitig eine hohe Kraftdichte aufweisen, denn die erforderlichen Prozesskräfte betragen bis zu 30 kN.

Die Ingenieure von Zimmer griffen diese Anforderungen auf, berechneten die erforderlichen Haltekräfte der Klemmvorrichtung und entwarfen in kurzer Zeit das Layout für eine pneumatisch betätigte Klemmeinheit, die an den drei Achsen des Abstreifers montiert werden sollte. Da es für diese spezielle Anwendung keine Lösung aus dem Standard gab, modifizierten sie die vorhandenen Klemmelemente so, dass als Antwort auf diese spezielle Anwenderanforderung eine individuelle Systemanwendung entstand.

„Solche kundenspezifischen Anpassungen gehören zu unseren Stärken und werden von uns in kurzer Zeit durchgeführt“, sagt Michael Hemler, der bei der Zimmer Group die Bereiche Konstruktion und Produktentwicklung im Bereich Lineartechnik leitet. „Um die axialen Verschiebekräfte mit den erforderlichen Haltekräften auffangen zu können, haben wir für jede der drei Achsen sechs Klemmzylinder des Typs MKR in ein neu konstruiertes Rundgehäuse integriert, das sich exakt in den vorhandenen Bauraum einfügt. So konnten wir schnell eine brauchbare Lösung anbieten und haben schon nach wenigen Wochen die ersten, testfähigen Vorserienexemplare ausgeliefert, an denen Trumpf die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit der pneumatischen Klemmung überprüfen konnte.“

Die bei Trumpf eingesetzten Klemmelemente des Typs MKR wurden für statische Klemmvorgänge an Rundführungen konzipiert und sind im Gegensatz zu anderen Baureihen nicht dafür gedacht, Bewegungen abzubremsen. Ihre wichtigste Aufgabe ist es, pneumatisch bewegte Vertikalachsen, Hubwerke oder andere bewegliche Komponenten nach Erreichen der Sollposition gegen weitere Bewegungen zu sichern und bei Bedarf diese Position auch dann zu halten, wenn es zu einem Druckverlust in der pneumatischen Anlage kommt.

Die MKR-Klemmelemente sind in aktiver und passiver Ausführung verfügbar. Aktive Klemmelemente sind normalerweise offen und werden per Druckluft geschlossen, passive Klemmelemente werden dagegen im drucklosen Zustand von der Kraft eines Federenergiespeichers geschlossen gehalten und müssen mit Druckluft geöffnet werden. Für beide Varianten charakteristisch ist aber der Einsatz des von Zimmer patentierten, stark übersetzenden Keilgetriebes. Es setzt die Kraft des Kolbens über leichtgängige Rollen in eine quer wirkende Haltekraft um und ermöglicht dabei hohe Haltekräfte bis 1850 N, ohne sich dauerhaft zu verklemmen.

Die Zykluszeiten bleiben dabei bemerkenswert kurz, denn die MKR-Klemmelemente sprechen schnell an und erreichen ihre volle Klemmkraft bereits schon nach weniger als 0,05 s. Damit schaffen sie die Voraussetzungen für kurze Zykluszeiten und eine hohe Maschinenauslastung, während sie gleichzeitig mit einer garantierten Lebensdauer von mindestens 5 Mio. Klemmzyklen für hohe Zuverlässigkeit in der Produktion sorgen. „Diese hohe Zuverlässigkeit hat sich auch im Echteinsatz gezeigt“, bestätigt Stefan Kerscher, Leiter Konstruktion Stanz-/Kombimaschinen bei Trumpf. „Seit der Umstellung auf die pneumatische Klemmung haben mehr als 200 Exemplare der TruPunch-3000-Stanzmaschinen das Werk verlassen, und keine von ihnen hat auch nur die geringsten Probleme verursacht.“

Zimmer

Isabel Günthner

Medien und Kommunikation

Tel.: 07844 9139-0

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