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Vernachlässigter Erfolgsfaktor: Die Wechselwirkung zwischen Werkzeug und Presse

Feintool Mitarbeitender mit Werkzeug

Nebst vielen anderen Faktoren ist das optimale Zusammenspiel zwischen Werkzeug und Presse ein entscheidender und oft unterschätzter Faktor für eine stabil funktionierende Produktion. Leider bleibt dieser Faktor meist durch eine organisatorische Trennung von Werkzeug- und Presseninstandhaltung unbeachtet. Die Verantwortung für Fehler und Störungen ist unklar, eine gesamtheitliche Betrachtung über die Schnittstellen hinweg fehlt oft.

Pressentisch: Denken Sie elastisch!

Oft geht man in der Werkzeugkonstruktion davon aus, dass – wie im CAD – der Pressentisch starr ist und die Tischplatten oben und unten parallel zueinander bleiben. Die Realität ist aber anders: nach VDI-Norm 3145 dürfte der Pressentisch bei ¼ Nennkraftbei und ¼ Aussermittigkeit der Tischbreite, je nach Baugrösse bis zu 1.9 mm/m abkippen! Die vertikale Gesamtverlagerung bei Nennlast kann bis zu 5.5 mm betragen!

Natürlich sind Feinschneidpressen deutlich stabiler gebaut als normale Stanzpressen. Trotzdem zeigt dies aber was nach Norm – für diejenigen, die sich an die VDI-Normen halten – überhaupt erlaubt wäre.

Erkenntnis aus diesen theoretischen Annahmen sollte aber sein: Die Presse verhält sich immer in einem gewissen Masse elastisch und interagiert entsprechend über die Last und Deformation mit dem Werkzeug.

Ist man sich dieser Interaktion über die Schnittstelle Presse zu Werkzeug bewusst und wird dies beim Optimieren berücksichtigt, kann überhaupt erst die maximale Leistung und Prozessstabilität erreicht werden.

Simulation Werkzeug inkl. Presse: Abkippung des Pressentisches durch asymmetrische Last
Simulation Werkzeug inkl. Presse: Abkippung des Pressentisches durch asymmetrische Last

 

Der Einlagering, eine nicht zu unterschätzende Schnittstelle

Der Einlagering stellt eine weitere Schnittstelle zwischen Werkzeug und Presse dar. Er ist quasi das Fundament worauf sich das Werkzeug und vor allem die Aktivelemente in der Mitte des Werkzeuges abstützen.

Nebst der Aufgabe, das Werkzeug abzustützen, muss der Einlagering – dort wo es das Werkzeug erfordert – die Bolzen oder Druckstücke für die Übertragung der Gegenhalter- und Ringzackenkräfte aufnehmen. Das heisst zum einen muss der Einlagering stabil sein, um zu Stützen und zum anderen muss er Löcher haben, um die Bolzen aufzunehmen. Das ist die eine Diskrepanz, die sich in dieser Schnittstelle zeigt.

Der zweite resultiert daraus, dass sich Feinschneiden bekanntlich durch glatte und rechtwinklige Schnittflächen auszeichnet. Um dies zu erreichen, müssen einerseits zusätzlich zu der eigentlichen Schnittkraft auch Gegenhalter- und Ringzackenkräfte eingebracht werden, welche die Gesamtbelastung auf den Stössel und Pressenständer zusätzlich erhöhen.

Andererseits ist auch der sehr kleine Schnittspalt ein entscheidendes Element des Feinschneidens, um eine glatte und abrissfreie Schnittfläche zu erhalten. Dadurch werden in der Scherzone höhere Druckspannungen erzielt und damit der Kraftbedarf gegenüber konventionellem Stanzen noch zusätzlich erhöht. Daraus resultiert die grosse Herausforderung für Feinschneidanlagen und Werkzeuge:

Grosse Kräfte die zu Deformation führen vs. sehr kleiner Schnittspalt!

Durchbiegungen lassen sich da nicht vermeiden, Stahl ist bekanntlich elastisch die 210’000 N/mm2 sind gegeben. Wichtig ist auch hier das Bewusstsein, dass sich bei konzentriert hohen Kräften das Werkzeug immer irgendwie deformieren wird, sei es durch z.B. durch Einfederung, Durchbiegung oder Abkippung . Nur wer die elastische Deformation berücksichtigt, kann das Maximum an Teilegenauigkeit und Prozessstabilität erreichen.

Sensibilitätsanalyse diverser Einlageringe
Je mehr Löcher im Einlagering, umso schlechter ist die Abstützung der Aktivelemente

Im Allgemeinen wirkt man dem Durchbiegen und Abkippen entgegen, in dem man das Werkzeug stabiler baut oder die Aktivelemente soweit wie möglich verstärkt. Kommt man da aber nicht mehr weiter, kann auch durch „am richtigen Ort geschwächt“ eine stabilere Lösung erreicht werden. Beispielsweise bei Abkippung, kann durch eine einseitige Schwächung entgegengewirkt und somit eine parallele Einfederung eines Stempels erreicht werden.

Stärker ist nicht immer besser!

Simulation Pressestempel
Einseitiges abkippen des Stempels wegen asymmetrischer Geometrie und Last, wird durch einseitig Schwächen kompensiert. Somit federt der Stempel symmetrisch ein und der Schnittspalt bleibt konstant.

 

Bei der Schnittstelle „Pressen-Steuerung“ an die Zukunft denken

Will man sich von der Konkurrenz abheben und mit neuen Werkzeugkonzepten die Grenzen des konventionellen Feinschneidens überwinden, benötigt man hierfür auch eine Presse mit den erforderlichen Funktionen.

Das heisst beispielsweise, dass für neuste Werkzeugkonzepte wie Out-of-Strip und Drehtransfer eine Presse mit Zusatzhydraulik benötigt wird. Die Vorteile von Out-of-Strip Konzepten liegen nach der Einführung über Abkippung des Pressentisches auf der Hand. Neben der Möglichkeit mehr Stufen als in einer Streifenlösung zu integrieren, überzeugt vor allem die Option, ein über den ganzen Hub ausbalanciertes Werkzeugkonzept durch komplett symmetrische Anordnung anzuwenden. Kippmomente, einer der grossen Störparameter einer stabilen Produktion, werden damit vollkommen eliminiert. Zusätzlich können mit diesen beiden modernen Werkzeugkonzepten auch Operationen wie Gratverprägen und anschliessende Biegeoperationen gut integriert werden. Dies bedeutet eine Integration von Folgeoperationen.

Bedenken Sie aber, was heute als neu gilt, ist morgen Standard. Die Pressen sollen auch morgen noch dem Standard genügen und müssen daher mindestens über Funktionen wie beispielsweise Zusatzhydraulik verfügen.

Denken Sie an die Zukunft, seien Sie bereit!

 

Die Herausforderung durch Kinematik

Für Werkzeuglösungen wie das Speed-Konzept benötigt man darüber hinaus Pressen, die eine präzise und synchrone Regelung der Gegenhalter und Ringzackenhydraulik ermöglichen. Schnelle und präzise Proportionalventile erlauben eine genau Reproduzierbarkeit und feinere Abstimmung der Abläufe. Auch damit lässt sich die Leistungs- und Prozessstabilität maximieren.

Werkzeugkonzepte, welche hohe Hubraten ermöglichen, benötigen auch einen entsprechend genau justieren Antrieb. Mehr Speed bringt aber auch neue Herausforderungen mit sich. So spielen bei hohen Taktzahlen beispielsweise plötzlich auch die Reaktionszeiten und Trägheiten eine Rolle, wo sie vorher nicht relevant waren.

Feinschneiden mit 200 Hub/min, heute Neuheit – morgen Standard!

Beispiel Speed Konzept
Ein modernes Werkzeugkonzept braucht eine moderne Presse und auch umgekehrt. Speed Presse ohne WZ mit Speedkonzept bringt nicht die volle Leistungssteigerung.

 

Die letzte Schnittstelle: die Teileausbringung

Auswertungen mit FEINmonitoring zeigen, dass Werkzeugbruchsicherung der mit Abstand häufigste Grund für einen Maschinenstopp ist und auch Fehler vom Teilehandling zu den Top Unterbrechungsgründen gehören.

Entsprechend sind Teile- und Butzenhandlingkonzepte notwendig, welche in der Kombination von Presse und Werkzeug eine optimale Teileausbringung ermöglicht. Ein Beispiel hierfür ist die Räumertechnologie, welche ein Garant für stabile Prozesse ist. Durch Räumer werden Teile und Butzen kontrolliert ausgebracht und die Wahrscheinlichkeit von Unterbrüchen durch liegegebliebene Butzen wird deutlich reduziert. Fest verbaute Räumerantriebe vereinfachen zudem die optimale Koordination zur Stössel Bewegung.

Kontrollierte Ausbringung schafft Prozessstabilität und damit höhere OEE!

Zeichnung Servomotor
Voll integrierter Servomotor als Räumerantrieb bei der XFT- Baureihe.

Wer die zahlreichen Schnittstellen berücksichtigt, kann Störungen vermeiden und ist so effizienter unterwegs. Gut ausgebildete Mitarbeitende und ein starker Partner der die Schnittstelle Presse und Werkzeug übergreifend beherrscht, sind ein weiter Erfolgsfaktor, den es zu beachten gilt. Um auch für die Zukunft gewappnet zu sein, lohnt sich bei langfristigen Investitionen in eine Presse die Weitsicht zu behalten – in diesem Sinne: Denken Sie auch nebst dem Pressetisch elastisch.

Teilen Sie Ihre Erfahrungen: An welcher Schnittstelle konnten Sie bereits Optimierungen vornehmen oder wo sehen Sie noch Potential?

Ich freue mich über Ihre Kommentare.

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