Energieeffiziente Einpressvorrichtungen durch Elektrospindeln und Abschaltbetrieb

Eine gute Verbindung

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Steigende Energiepreise und zunehmender Kostendruck, sich verschärfender Wettbewerb sowie ein gewachsenes Umweltbewusstsein machen Energieeffizienz auch bei Einpressvor- richtungen zu einem wichtigen Thema. Mit modular aufgebauten hydraulisch oder elektrisch betriebenen Anlagen reagieren Hersteller auf diese Entwicklung.

Exklusiv in kem Der Autor F. Stephan Auch ist Inhaber der Auchkomm Unternehmens- kommunikation in Nürnberg

Einpressvorrichtungen werden bevorzugt im Rahmen von Montageprozessen beim Axialverpressen verwendet. Sie dienen damit dem Fügen, also dem kraftschlüssigen Längspressverbinden zweier Bauteile zu einer Baugruppe. Dabei muss der Bediener mit der Einpressvorrichtung einen Widerstand überwinden, welcher die Bauteile nach dem Fügen zusammenhält. In der Regel verfährt ein Pressstempel linear mit hoher Kraft in einer vertikalen Achse.
„Energieeffizienz bei Einpressvorrichtungen bezieht sich vor allem auf die Aspekte Zeit, Energieverbrauch, Fügequalität und Modularität des Maschinenaufbaus“, erklärt Alexander Schul, Produktbereichsleiter Montage- und Antriebstechnik bei Roemheld. Außerdem, so der Experte, tragen die Langlebigkeit einer Anlage und ihre Anwendungsbreite in der Montage zum effizienten Einsatz und einer kurzen Amortisationszeit bei.
Einpressvorrichtung mit Elektrospindel
„Es ist ganz einfach: Je länger die Fertigung dauert, desto mehr Energie wird pro Werkstück benötigt. Daher ist ein kurzer Produktionsprozess effizient,“ so Schul. Bei der Betrachtung des gesamten Ablaufs bezieht er sowohl die Einpressvorrichtung selber als auch die Peripheriegeräte und die Produktionsstätte mit ein, da diese beispielsweise beheizt und beleuchtet werden muss. Anlagenseitig ist der begrenzende Faktor bei der Fügegeschwindigkeit das Pressen der Materialien. Es gilt also den Pressstempel vor dem Fügen – unter Beachtung der Sicherheitsaspekte – mit möglichst hoher Geschwindigkeit zu betreiben.
Ergänzend zum Programm an hydraulischen Anlagen hat Roemheld deshalb Einpressvorrichtungen mit Elektrospindel entwickelt, die diese Anforderungen erfüllen. Ihre wegüberwachende Steuerung verfährt den Pressstempel im Leerlauf mit hoher Geschwindigkeit. Für ein optimales Pressergebnis wechselt sie kurz vor dem Auftreffen auf das Werkstück vom Eil- in den Schleichgang und wird so weit gedrosselt, bis das optimale Tempo für den Fügevorgang erreicht ist. Mittels eines Sensors am Einpresszylinder kann der Bediener den Wegpunkt festlegen, zu dem der Geschwindigkeitswechsel eingeleitet wird. Schul zu den Vorzügen der Neuheit: „Neben diesem besonders schnellen Vorhub zeichnet sich die elektrisch betriebene Einpressvorrichtung dadurch aus, dass sie auch unter besonderen Bedingungen – beispielsweise in der Nahrungsmittelindustrie – einsetzbar ist.“ Roemheld hat die Innovation erstmals auf der Motek 2011 vorgestellt und ist nach Aussagen des Produktbereichsleiters sehr zufrieden mit der Resonanz.
Abschaltbetrieb spart bis zu 15 Prozent Energie
Zusätzlich lässt sich bei den elektrischen Einpressvorrichtungen – wie auch bei den hydraulischen Varianten – der Rückhub begrenzen. Mit einem standardmäßigen Abschaltbetrieb verbraucht der Motor nur dann Strom, wenn das Werkstück bearbeitet oder der Pressstempel die auf das notwendige Maß reduzierten Wege verfährt. Neben dem Zeitgewinn fällt vor allem die Energieersparnis ins Gewicht, die sich gegenüber einer konventionellen Vorrichtung ohne Abschaltbetrieb auf 10 bis 15 % beläuft. Den Stromverbrauch senkt zusätzlich das automatische Umschalten der Vorrichtungen in den Standby-Modus, wenn keine Bewegung erforderlich ist.
Neben den neuen elektrisch betriebenen Einpressvorrichtungen gibt es eine breite Auswahl an Anlagen in hydraulischer Ausführung. Der Betrieb nahe dem optimalen Betriebspunkt wird hierbei durch den Einsatz sogenannter Zweistufenpumpen erreicht. Dadurch kann der Motor im Vollastbereich laufen, so dass er einen sehr großen Wirkungsgrad erreicht. Die Wahl zwischen hoher Geschwindigkeit und hoher Kraft erfolgt einfach durch das Schalten von Ventilen.
Fügequalität einfach kontrollieren und steuern
Um die Einpressvorrichtung mit minimalem Krafteinsatz zu betreiben, sollte die Presskraft den jeweiligen Erfordernissen angepasst sein. Ist eine Anlage zu groß dimensioniert, wird schnell Energie verschwendet. Für die optimale Qualität der Bearbeitung ist außerdem die Einhaltung des richtigen Pressdrucks wichtig. Ist er zu groß, kann es zu Verformungen der Werkstücke kommen; ist er zu niedrig, ist die Fügeverbindung nicht fest genug. „Deshalb gibt es Roemheld-Einpressvorrichtungen in verschiedenen Kraftstufen von 25 bis 100 Kilonewton und mit verschiedenen Sensoriksystemen für eine umfassende Kontrolle und Steuerung der Fügequalität,“ so Schul. Mit ihnen können Kraft-Weg-Kurven für den optimalen Fügeprozess vordefiniert und bequem an einem Touchpanel eingestellt werden. Abweichungen werden in einem Pressprotokoll aufgezeichnet und sind so schnell korrigierbar. Die Qualität der Fügeverbindung kann somit nachgewiesen werden und schlechte Teile lassen sich vor der weiteren Verarbeitung und der Auslieferung aussortieren. Schul: „Diese einfachen Maßnahmen zur Qualitätssicherung erhöhen die Effizienz der Vorrichtungen enorm, denn energiefressende Fehlerquellen werden zeitig ausgemerzt. Dank des modularen Aufbaus der Anlagen kann jeder Anwender die von ihm gewünschte Ausstattungsvariante wählen.“
Kurze Nebenzeiten durch schnelles Rüsten
Dieses Baukastensystem lässt dem Kunden nicht nur die Wahl zwischen verschiedenen Antriebsarten, Presskräften, Hüben und Sensoriksystemen, sondern umfasst auch eine Auswahl an auswechselbaren Portal- und C-Bügel-Gestellen. „Genauso wichtig ist es, die Nebenzeiten für das Beladen und Rüsten zu minimieren,“ weist Schul auf das umfassende Angebot ergänzender Peripheriekomponenten hin. So sollten die Bauteile möglichst rasch an die vorgesehene Position gebracht werden, in der sie einwandfrei gepresst werden können. Kurze Transportwege und eine ergonomische Bauweise von Einpressvorrichtungen erleichtern und verkürzen die Fertigung. Schiebeschlitten für die Werkstück-Zuführungen, Handhabungssysteme und Werkzeug-Schnellwechseleinrichtungen mit pendelnden oder starren Druckstücken tragen dazu bei, das Rüsten zu verkürzen. Ihr Einsatz hat zudem einen positiven Einfluss auf die Qualität des Fügens, da Querkräfte verringert und Bauteiltoleranzen ausgeglichen werden.
Roemheld; Telefon: 06405 89-269; E-Mail: a.schul@roemheld.de

10 Prozent Ersparnis sind leicht drin

Nachgefragt
Auch: Welche Ersparnis bieten energieeffiziente Einpressvorrichtungen?
Schul: Geht man von einer gut ausgelasteten Fertigung aus, bei der der Einpressvorgang aus einer Haupt- und einer Nebenzeit von je einer Minute besteht, so lassen sich mit der effizienten Vorrichtung leicht fünf Prozent in der Hauptzeit und durch ein optimiertes Werkstückhandling – beispielsweise mit abgestimmten Modulog-Komponenten – nochmals der gleiche Prozentsatz in der Nebenzeit sparen.
Auch: Das sind zehn Prozent Zeitersparnis,…
Schul: … durch die jedes Werkstück drei Sekunden schneller fertig ist, in der sonst Energie verbraucht würde. Ganz nebenbei steigt gleichzeitig die jährliche Produktionsleistung bei angenommenen 1700 Stunden Maschinenlaufzeit um etwa 1300 zusätzlich ausgebrachte Teile. Ein weiterer Nutzen, der die Effizienz der Produktion steigert.

Schnell auf- und nachrüsten
Neue modulare Einpressvorrichtungen
Die auf der Motek 2011 von Roemheld vorgestellten Einpressvorrichtungen sind für Presskräfte bis 100 kN und Hübe bis 400 mm ausgelegt. Sie basieren auf einem Baukastensystem aus aufeinander abgestimmten Komponenten, welche den jeweiligen Anforderungen entsprechend miteinander kombiniert werden. Das Anwendungsspektrum reicht von der einfachen Werkstattpresse für Reparaturarbeiten über den Einsatz als mobile Fügevorrichtung bis hin zur Montagepresse im Serienbetrieb mit Qualitätsüberwachung und Protokollierung, beispielsweise für Bremszylinder, Kugellager und Getriebe. Das Auf- und Nachrüsten der Einpressvorrichtung ist laut Unternehmen dank standardisierter Elemente und kurzer Lieferzeiten schnell und unkompliziert möglich.
Basis des Baukastensystems ist ein einheitlicher, stabiler Presstisch mit einer soliden Grundplatte, über die wahlweise ein C-Bügel- oder ein Portalgestell montiert wird. Die Sensorik ist in drei Ausbaustufen erhältlich, wobei die komfortabelste Ausführung eine Kraft- und Wegüberwachung über ein Touchpanel bietet, das zudem als zentrale Bedieneinheit fungiert. Ein Hydraulikaggregat mit einem Betriebsdruck bis 250 bar ermöglicht den problemlosen Serienbetrieb.
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