Integrierte Prozesse

Fokus

In Zukunft kommt die Branche der Werkzeugbauer und der Blech verarbeitenden Industrie auf ihrem Weg zu immer größerer Produktivität an integrierten Prozessen wie dem Gewindeformen im Werkzeug nicht mehr vorbei.

22. November 2011

Mit der elektronischen Gewindeformeinheit ›SKG‹, die das Unternehmen STS-Systec aus Villingen-Schwenningen in Zusammenarbeit mit der ›BSAutomatisierung GmbH‹ aus Rosenfeld entwickelte, steht nun eine Lösung zur Prozessintegration in Stanz- und Umformwerkzeugen, Stanz-Biege-Automaten, Vorrichtungen und Transferpressen mit bislang nicht verfügbaren Leistungsdaten und Diagnosefunktionen zur Verfügung. Dabei haben die Rosenfelder die Steuerung und die Antriebstechnik für das System konzipiert und realisiert, während von der STS-Systec die geforderten Leistungsdaten des Gesamtsystems festgelegt und die komplette Mechanik entwickelt wurde.

Durch den neuartigen Aufbau mit beweglicher Gelenkwelle kann das System Gewinde in sämtlichen Positionen und unter jedem Winkel in die Stanzteile einbringen. Komplizierte Aufbauten und Abstimmarbeiten am Werkzeug entfallen, da der Antrieb der Einheit über einen Servomotor erfolgt. Das Gewinde kann somit pressenhub- und bewegungsunabhängig eingebracht werden.

Die einzelnen SKG-Einheiten lassen sich über ein zentrales Startsignal oder über mehrere Signale starten, die unabhängig voneinander in den Schaltschrank der Einheit eingehen. Nach Signaleingang arbeitet die Einheit den Gewindeformvorgang völlig autark und prozesssicher ab.

Die Montage der Einheit erfolgt in der jeweiligen Station des Werkzeugs, wobei der Formerkopf zur Aufnahme des Gewindeformwerkzeugs direkt im Werkzeug montiert wird. Die weiteren Komponenten, wie Getriebe und Servomotor, werden außerhalb des Werkzeugs platziert. Diese Antriebsmodule werden dann mittels der Gelenkwelle mit dem Formerkopf verbunden.

Der modulare Aufbau des Systems bietet eine hohe Flexibilität bezüglich der Wiederverwendung in anderen Anlagen oder Werkzeugen. Durch den einfachen Tausch der Leitpatrone, die den Gewindeformer präzise führt, kann die jeweilige Gewindegröße angepasst werden. In der Steuerung werden dann die Parameter für die jeweilige Anwendung mit entsprechendem Programmnamen hinterlegt und abgespeichert, wodurch ein System sehr schnell und einfach umkonfiguriert werden kann.

Dank der Trennung des Formerkopfes und des Antriebs durch die Gelenkwelle kann ein Servomotor eingesetzt werden, der den jeweiligen Anforderungen an Hubzahlen und benötigtem Drehmoment gerecht wird. Mit dem entsprechenden Motor können Schnittgeschwindigkeiten bis 100 m/min am Formerwerkzeug realisiert werden. Wichtig ist hierbei neben der hohen Drehzahl und dem benötigten Moment eine möglichst hohe Beschleunigung des Motors.

Viele am Markt erhältliche Systeme erreichen die geforderte Drehzahl aufgrund eines zu klein dimensionierten Motors nicht oder zu spät. Diese Systeme versuchen noch die eingegebene Drehzahl zu erreichen, während der Former schon längst im Eingriff ist. Dies hat zur Folge, dass die errechnete Zeit für den Gewindeformprozess und somit die geforderte Hubzahl oft nicht erreicht wird. Weil die Beschleunigung während des eigentlichen Formvorgangs erfolgt, herrscht keine gleichbleibende Schnittgeschwindigkeit am Werkzeug. Damit ist die Standzeit des Gewindeformers mit diesen Systemen letztlich nicht zufriedenstellend.

Das SKG-System, in Gemeinschaft beider Unternehmen entwickelt, ist in der Lage, den Formerkopf auf die vorgegebene Geschwindigkeit zu beschleunigen, ehe dieser in das Material eingreift. Dadurch stimmt die real erreichte Zeit des Gewindezyklus mit der geforderten errechneten Zeit überein und die Hubzahlen der Presse werden problemlos erreicht. Somit ist ein Höchstmaß an Prozessstabilität gewährleistet.

Gleichzeitig erfährt das Formerwerkzeug eine gleichbleibende Schnittgeschwindigkeit beim Eingriff in das Material, dies erhöht nicht nur die Standzeiten der Werkzeuge, sondern auch die Qualität des geformten Gewindes. Selbst bei höchsten Drehzahlen bis 4000 U/min am Formwerkzeug und bei allen Gewindegrößen von M3 bis M12 funktioniert das System zuverlässig.

Volle Prozesskontrolle inklusive

Um die Produktionsprozesse der Einheit überwachen und nachvollziehen zu können, realisierte das Rosenfelder Unternehmen speziell für die SKG eine hundertprozentige Prozesskontrolle. Diese überwacht, kontrolliert und protokolliert den gesamten Gewindeformprozess für jedes Gewinde.

Fehlerzustände wie gebrochenes Werkzeug, nicht vorhandene Kernlöcher, abweichende Toleranz des Kernlochs, mangelnde Qualität des Gewindes und fehlerhafter Zustand des Gewindeformwerkzeugs werden innerhalb von Millisekunden erkannt und ausgewertet. Tritt im laufenden Prozess eine Abweichung auf, wird im selben Moment ein Stoppsignal an die Presse oder Anlage ausgegeben. Die Anzahl an Ausschussteilen wird minimiert und die Werkzeuge geschont. Die Prozesskontrolle erfolgt allein über die Auswertung des vom Servomotor aufgebrachten Drehmoments. Damit sind zusätzliche Sensoren samt Zuleitungen am Formerkopf überflüssig und weitere Fehlerquellen sind von vornherein ausgeschlossen. Die Prozessgrenzen werden von der Steuerung anhand von Referenzteilen und der spezifizierten Toleranzbreite automatisch ermittelt. So entfallen aufwendige Testreihen zur Grenzwertermittlung. Über die Steuerung im Schaltschrank besteht die Möglichkeit, die Daten und Drehmomentwerte für jedes gefertigte Gewinde auszulesen und in eine Excel-Liste zu übernehmen oder direkt an einen QS-Server als Qualitätsprotokoll weiterzugeben.

Gewindeformen im Werkzeug

Bei sehr hohen Taktzahlen oder sehr hohen Schnittgeschwindigkeiten steht und fällt der Gewindeformprozess mit der Kühlschmierung. Während des Prozesses müssen die Reibung und die dadurch entstehende Wärme mit dem entsprechenden Schmiermittel minimiert werden. Hierbei spielt die richtige Dosiertechnik eine erhebliche Rolle. Die Gewindeformeinheiten von STS-Systec werden mit der anpassbaren Dosiertechnik von Werucon ausgestattet. Um die Prozesssicherheit bei der Kühlschmierung zu gewährleisten, wird die Dosiereinheit direkt in die Steuerung der SKG eingebunden.

Stefan Schröder, Carsten Vogt

Erschienen in Ausgabe: 06/2011