Antriebe für schnellaufende Präzisionspressen

Pressentechnik - Teil 7

Eine Untersuchung der verschiedenen Antriebssysteme für schnellaufende Präzisionspressen zur Herstellung von Mikrostanz- und Ziehteilen. Mikrostanz- oder Ziehteile werden überwiegend in hohen Stückzahlen und großer Genauigkeit hergestellt. Die folgende Betrachtung konzentriert sich daher auf den Einsatz von schnelllaufenden Präzisionspressen, die ausgerüstet mit mechanischen Antrieben oder Servoantrieben die notwendigen hohen Hubzahlen erlauben.

19. Juli 2004

Der Exzenterantrieb in Längswellenausführung ist eine ideale Lösung, wenn hohe Stückzahlen gefragt sind. Das ist besonders der Fall, wenn es sich um Schnittarbeiten handelt. Während in der Vergangenheit die Vorschübe und die Werkzeugauslegung die begrenzenden Faktoren für eine Hubzahlsteigerung waren, hat sich dieses Bild in den letzten Jahren komplett gewandelt. Besonders Servovorschübe bieten jetzt die notwendige Präzision bei gleichzeitig hoher Geschwindigkeit. Die Standzeit der Werkzeuge hat durch den Einsatz neuer Materialien, wie zum Beispiel Keramik, erhebliche Fortschritte bei hohen Produktionshubzahlen gemacht.

Mit den jetzt möglichen höheren Hubzahlen rückt die Presse wieder in den Blickpunkt. Daher liegt heute der Schwerpunkt auf einer besonders stabilen Auslegung der Presse mit dynamischem Massenausgleich, wälzgelagerten Stößelführungen, et cetera, um Vibrationen soweit wie möglich einzuschränken. Moderne Hochleistungspressen mit diesen Voraussetzungen, wie zum Beispiel die Schuler Yamada Omega F1, erreichen Hubzahlen bis zu 4.000 Hüben pro Minute.

Querwellen-Antrieb

Während viele konventionelle Querwellen-Hebelmaschinen gute Eigenschaften für den Einsatz bei Präge- und Schnittarbeiten mit hohen Geschwindigkeiten haben, setzt sich in letzter Zeit beim Mikrostanzen und -ziehen der Querwellen-Doppelkniehebelantrieb durch, wie ihn zum Beispiel die Schuler Yamada NXT-Baureihe aufweist. Der Vorteil des Doppelkniehebelantriebes im Vergleich zum Standard-Querwellen-Hebelantrieb liegt vor allem in der Reduktion der Stößelgeschwindigkeit im Arbeitsbereich. Diese Reduktion der Geschwindigkeit im Arbeitsbereich hat zahlreiche positive Effekte, wie eine höhere Genauigkeit des Stanzteiles sowie die Möglichkeit des Stanzens und Ziehens von komplizierten Teilen wie Steckern oder elektrischen Schaltteilen bei höheren Hubzahlen als bei Pressen mit herkömmlichen Querwellen-Hebelantrieben. Bei Schnittarbeiten erwirkt der Doppelgelekantieb zusätzlich einen deutlich weicheren Durchbruch durch das Stanzmaterial. Das verringert Vibrationen, bekanntlich eine der Hauptgründe für Werkzeugsverschleiß oder -bruch. Die geringere Geschwindigkeiten im Arbeitsbereich verringert das negative „Hochkommen“ von Abfallbutzen, die zu Stempelbrüchen führen können. Das Antriebssystem führt zudem zu einer erheblichen Lärmminderung durch die geringere Auftreffgeschwindigkeit. Moderne Querwellen-Antriebsmaschinen verfügen grundsätzlich über einen dynamischen Massenausgleich und Mehrfachwälzführungen für den Stößel und für die Plunger. Die herkömmliche Bronzelagerung der Gelenkpunkte und des Stößels von Hebelmaschinen benötigt Spiel, das beim Stanzen von Mikropräzisionsteilen und hohen Geschwindigkeiten zu Vibrationen und zu Ungenauigkeiten und Werkzeugverschleiß führt.

Servoantriebe und Linearmotorantriebe

Neue Antriebstechniken wie zum Beispiel Servoantriebe oder Linearmotorantriebe bieten sich besonders dort an, wo hohe Flexibilität gefordert ist. Mit diesen Pressen ist es zum erstenmal möglich, die Stößelkinemtik an die jeweilige Fertigungsaufgabe anzupassen. Insbesondere für Tiefziehprozesse ist es von Vorteil, die Weg-Zeit- und die Kraft-Weg-Verläufe völlig frei gestalten zu können. Auch das schwierige Materialhandling von Mikrobauteilen und die wünschenswerte Integration anderer Fertigungstechniken wie zum Beispiel Fräsen, Lasern, Kleben, et cetera in das Umformwerkzeug verlangen nach frei programmierbaren Stößelwegverläufen. Diese Forderungen nach mehr Flexibilität im Hubverlauf können nur durch das neue Linearantriebskonzept erfüllt werden. Da der Stößel nicht mechanisch an eine Rotationsbewegung gekoppelt ist, können das Weg-Zeit-Verhalten und der Kraft-Weg- Verlauf in jeder Phase individuell definiert und programmiert werden. Störgrößen wie zum Beispiel durch spielbehaftete Getriebeglieder entfallen. Die Preßkraft steht an jeder beliebigen Stelle des Hubes zur Verfügung. Damit werden die Vorteile einer hydraulischen und einer mechanischen Presse verbunden. Qualität und Genauigkeit werden dadurch erhöht. Gleichzeitig führt der geringere Verschleiß zu weniger Wartungsaufwand und steigert Zuverlässigkeit und Lebensdauer. Derzeit werden Hubzahlen bis zu 1.200 Hübe pro Minute erreicht.

Zusammenfassung

Bei der Vielfalt der Antriebsarten ist es für den Anwender entscheidend, den richtigen Antrieb für seine Fertigungsaufgabe zu wählen. Bei hohen Hubzahlen und reinen Schnittoperationen bietet sich der Exzenterantrieb in Längswellenausführung an. Bei komplexen Umform- und Schnittarbeiten, bei denen eine Reduktion der Umformgeschwindigkeit im Arbeitsbereich vorteilhaft ist, ist der Doppelkniehebelantrieb zu bevorzugen. Bei absoluter Flexibilität und dem Wunsch die Stößelkinematik an die Herausforderung des Werkzeuges anzupassen sind Servo- oder Linearmotorpressen die ideale Alternative. Jedes der Systeme hat seine Vor- und Nachteile. Für den Anwender ist es wichtig, die verschiedenen Systeme genau zu vergleichen, um die wirtschaftlichste Lösung für sich selbst zu finden. Dabei ist zu beachten, daß das Antriebssystem nur ein Element der modernen Pressenauslegung darstellen. Andere wichtige Elemente wie hohe Steifigkeit durch hohes Maschinengewicht, spielfreie Wälzführungen und schnelle und genaue Servovorschübe beeinflussen in hohem Maße die Ausbringung der Presse, die Werkzeugstandzeit und damit die Wirtschaftlichkeit des Pressenbetriebs.

Erschienen in Ausgabe: 05/2004