Hydraulische Spannsysteme in der Warmumformung

Sicheres Spannen von Werkzeugen und Gesenken bei hohen Temperaturen auch im Schmiedebereich...

Auch heute noch werden in vielen Schmieden Gesenke oder Gravuren mit mechanischen Spannelementen gespannt. Worin liegt die Zurückhaltung hydraulische Systeme zu verwenden? Sind es die hohen Temperaturen? Sind es die Investitionskosten? Ist es die Unsicherheit vor der Hydraulik? Es gibt Einsatzbeispiele, die die Vorteile dieser technischen Lösung belegen.

29. Juli 2003
20 °-Keilspanner mit zusätzlicher 0° Sicherheitsstufe: Der 20 °-Spannbolzen mit seiner zusätzlichen parallelen Auflagefläche zum Spanrad garantiert ein Auffangen des Oberwerkzeuges bei Maschinenstillstand oder Druckabfall.
Bild 1: Hydraulische Spannsysteme in der Warmumformung (20 °-Keilspanner mit zusätzlicher 0° Sicherheitsstufe: Der 20 °-Spannbolzen mit seiner zusätzlichen parallelen Auflagefläche zum Spanrad garantiert ein Auffangen des Oberwerkzeuges bei Maschinenstillstand oder Druckabfall.)

Wirtschaftlichkeit

Kurze Rüstzeiten lassen auch kleine Losgrößen zu, oder bei Werkzeugbruch kann ein schneller Wechsel auf ein anderes Schmiedegut die Maschinenstillstandzeiten auf ein Minimum verkürzen. Die Wechselvereinfachung für den Maschinenbediener ist ein wichtiger Punkt, denn speziell ausgebildetes Wechsel- und Einrichtpersonal ist nicht erforderlich. Zudem können Spannmittel auf ein Minimum verringert werden. Des weiteren lassen sich die Standmengen vergrößern, das heißt mit den Gesenken sind in der Summe höhere Stückzahlen herzustellen ohne ein neues Gesenk zu fertigen. Wichtig ist auch der Wegfall beziehungsweise die starke Verkürzung der Einlaufphasen, da immer die gleiche Position von Ober- zu Unterteil besteht. Ausrichten ist nicht erforderlich, denn die Ober- und Unterteile zentrieren sich zueinander.

Durch ein gleichmäßiges und verzugsfreies Spannen an immer den gleichen Stellen verlängert sich die Lebensdauer der Gesenke und es tritt weniger Verschleiß auf. Das hydraulische Spannsystem erlaubt ein nachgreifendes Spannen und selbst bei Veränderung der Gesenke durch Schrumpfen oder Ausdehnung bei Temperaturschwankungen bleibt die Spannkraft gleich. Die Wiederholbarkeit des Spann- und Positioniervorganges in Bezug auf Handhabungseinrichtungen ist gewährleistet. Ein weiterer Vorteil ist, daß die Auswahl der Spannstellen auf die Maschinenbedingungen optimal ausgerichtet sein kann.

Qualitätssteigerung und hohe Produktivität

Durch den Einsatz von hydraulischen Spannelementen behält das Schmiedegut eine gleichbleibende Qualität selbst nach hohen Stückzahlen und häufigem Wechsel. Dies liegt zum einen an der Reproduzierbarkeit der Gesenkposition beim Spannen und dem verzugsarmen Spannen selbst.

Die hohe Produktivität erklärt sich aus den kurzen Rüstzeiten und der daraus resultierenden höheren Kapazität der Presse. Selbst bei Werkzeugbruch oder Nacharbeit sind weniger Stillstandzeiten der kostenintensiven Pressenstraße in Kauf zu nehmen. Da die Pressenbetreiber keine oder nur kurze Einlaufphasen einkalkulieren müssen, zeigt sich auch hier der Vorteil der hydraulischen Spannelemente.

Automation und Bedienung

Erleichtert wird die Automatisierung sicher durch die Überwachungseinrichtungen, die selbst bei den schwierigsten Umgebungsbedingungen wie Temperatureinfluß, Trennmitteleinsatz oder hohem Zunderanfall. Kurze Spannzeiten werden durch eine automatische Funktionsauslösung möglich. Durch die Einbindung in die Prozeßüberwachung und Steuerung wird eine absolute Sicherheit erreicht.

Die hydraulischen Spannelemente führen zu einer spürbaren Bedienungsvereinfachung. So können sie auch bei ungünstigen Umgebungsbedingungen, wie Temperatur oder Sprühmittel eingesetzt werden und erlauben auch das Spannen an unzugänglichen Stellen. Zudem wird mit hoher Kraft gespannt und ein Werkzeugwechsel kann auch vom Maschinenbediener erledigt werden. Dabei hilft im sicherlich die Wiederholbarkeit des Wechselvorganges.

Welche Spannsysteme sind anwendbar und warum eignen sich hydraulische Spannsysteme besonders

Die einfachsten und robustesten Spannelemente sind die Keilspannelemente. Hierbei sind die Spannbolzen von den Betätigungszylindern getrennt und somit vor Erschütterungen geschützt. Die Hydraulik steht nicht im direkten Kontakt zu den oft heißen und stark verschmutzten Gesenken. Aus Versuchen und in der Praxis zeigte sich, daß der Spannbolzen mit seiner 20°-Spannschräge einen mechanischen Reibschluß bedingt und somit gehalten wird, was ein Höchstmaß an Sicherheit bietet.

Zur Sicherheit und im Sinne der Maschinenrichtlinien ML98/37/EG muß der hydraulische Druck aufrecht erhalten bleiben. Die permanente Überwachung der Spannposition bietet bei automatischem Prozeßablauf ein Höchstmaß an Sicherheit. Näherungsschalter oder Grenztaster sind nur bis Temperaturen von max. 120°C einsetzbar. Die Umgebungstemperaturen an der Spannstelle in der Schmiede bewegen sich jedoch in Bereichen bis zu 250°C. Auch die Umgebungsbedingungen wie etwa Schmutz oder Trennmittel lassen einen Einsatz von elektrischen Schaltern nicht zu.

Bei der Weiterentwicklung der Baureihe Keilspannelemente wurde bei Hilma-Römheld darauf geachtet, die Sicherheit für Mensch und Maschine zu optimieren. Das neue umfangreiche 16-seitige Nachschlagewerk für Keilspannelemente beinhaltet aufbauend auf den bereits bewährten Standards, eine Vielzahl von Varianten. Speziell für die Oberwerkzeuge können verschiedene Sicherheitsstufen ausgewählt werden.

Alle Elemente können ohne und mit elektrischer Positionsüberwachung eingesetzt werden. Für Temperaturen über 120° bis zu 250°C an den Spannstellen, werden die Keilspannelemente mit Hochtemperaturdichtungen ausgestattet. Um die Lage des Spannbolzens bei diesen hohen Temperaturen zu überwachen, wurde eine hydraulische Positionsabfrage konzipiert. Somit sind in der Warmumformung automatische Spannvorgänge möglich.

Kontrollierte Sicherheit

Durch den Einsatz von speziell entwickelten Blockzylindern mit integriertem Folgeventil ist eine weg- und druckabhängige Spannkraft und Spannpositionsüberwachung möglich. Dieses im Zylinder integrierte Ventil öffnet nach einem festgelegten Hub durch Überfahren der Dichtung einen Kontrollanschluß und gibt den hydraulischen Druck weiter zum nächsten in der Reihe befindlichen Spannelement. Am Ende dieser Reihe gibt außerhalb der gefährdeten Zone ein Druckschalter das Signal zur Steuerung. Es erfolgt die Pressenfreigabe oder bei Fehlermeldung der automatische Pressenstillstand.

Spannkräfte: 25- 630 kN

Die Produktvielfalt von Hilma-Römheld an mechanischen, hydraulischen, elektro-mechanischen und magnetischen Spannelementen, sowie Rollenleisten und Tragkonsolen für den Werkzeugwechsel, ist mit der neuen Variantenbaureihe der Keilspannelemente noch umfangreicher geworden.

Erschienen in Ausgabe: 05/2003