Mess-System für flexibles Stanzen

Der Fa. Müller Stanz- + Umformtechnik aus dem oberfränkischen Gefrees gelang es nun, mit einem neuartig entwickelten Messsystem den Prozess des flexiblen Stanzens nicht nur schneller zu kontrollieren, sondern auch zu regeln.

18. Oktober 2005
Gesamtanlage mit Stanzautomaten und (links im Bild) dem Messplatz, der das flexible Stanzen beschleunigt.
Bild 1: Mess-System für flexibles Stanzen (Gesamtanlage mit Stanzautomaten und (links im Bild) dem Messplatz, der das flexible Stanzen beschleunigt.)

Bereits im Jahr 2002 berichteten wir das erste Mal ausführlich über die Möglichkeiten des flexiblen Stanzens. Was damals noch unter der Überschrift „Losgröße 1 auf einem Stanzautomaten?“ noch bei vielen Lesern großes Erstaunen hervorrief, ist heute allgemein bekannt. Unter dem Begriff „flexibles Stanzen“ fallen heute alle Anwendungen, bei denen entweder die Werkzeuggeometrie flexibel verändert werden kann oder aber das zu produzierende Teil mit mehreren Arbeitsschritten hergestellt wird. In letzterem Fall erhält das Teil also durch die Kombination verschiedener Stanzfolgen seine letztendliche Geometrie. Es gibt derzeit verschiedene Systeme dieses flexiblen Stanzens. Darunter fallen z.B. die klassischen Stanzbügel-Systeme, Stanzsysteme, bei denen die Einzelwerkzeuge jeweils flexibel durch einen Hydraulikzylinder bewegt werden oder mechanische Systeme, bei denen die Kraft über eine Presse aufgebracht wird. In diesem Fall ist es notwendig, im Werkzeug selbst eine Auswahl- und Aktivierungsmöglichkeit für die verschiedenen Loch- und Umformstempel vorzusehen.

Dies kann beispielsweise durch einen verschiebbaren Nockenkamm geschehen, der jeweils den Formschluss zwischen dem Pressenstößel und dem Werkzeugstempel herstellt. In der Regel kommen diese Systeme dann zum Einsatz, wenn die Produkte eines Produzenten eine immer größere Teilevielfalt innerhalb einer Teilefamilie bekommen und gleichzeitig deren Losgrößen immer kleiner werden. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass verschiedene Teile sich dadurch unterscheiden, dass Lochbilder zueinander verschoben werden oder aber auch Stempelkonturen hinzukommen oder wegfallen.

Im Jahr 2004 wurde die Fa. Müller Stanz- + Umformtechnik beauftragt, ein solches flexibles Stanzsystem zur Herstellung von Stulpen und Rahmenteile für Türen und Fenster zu liefern. Angedacht war eine universelle Anlage zur Produktion von Losgrößen zwischen 1 und 1.000 Stück.

Kompakte Gesamtlösung

Dabei sollte gespultes Flachmaterial ebenso verarbeitet werden können, wie bereits profilierte Stangen. Die Verfahrprogramme für die einzelnen Teile sollten direkt aus einer CAD-Zeichnung heraus erstellt werden. Bei all der zugesicherten Flexibilität war ein Problem jedoch noch ungelöst. Durch die Vielzahl von Lochungen und vor allem Senkungen in den bis zu 2,5 m langen Teilen musste von einer zusätzlichen Längenänderung der Teile ausgegangen werden. Diese Längenänderung entsteht durch die Verdrängung des Materials beim Stanzen und Senken. Zwar ließe sich eine solche Dehnung durch eine Verringerung der einzelnen Vorschubschritte kompensieren, aber die Erfahrung zeigt, dass man aufgrund der Streuungen in der Materialbeschaffenheit nicht von einer Stabilität der Prozesse ausgehen kann. Um also zu vermeiden, ständig Teile in einem Messraum vermessen und eventuell das Stanzprogramm korrigieren zu müssen, entwickelte die Firma Müller eine komplett neue Messmaschine, die in den Produktionsprozess eingebunden wurde. Die gelieferte Anlage besteht für die Coilverarbeitung aus einem Haspel, von dem mit einer 19-Rollen-Feinrichtmaschine mit Hochkantrichtwerk gespultes Material abgezogen wird. Mit einem Walzenvorschub wird das gerichtete Band dem Werkzeug zugeführt und auf Maß geschnitten. Danach durchläuft das Teil einen Nadelmarkator und erneut eine Feinrichtmaschine, in der alle Teile noch einmal nachgerichtet werden. Bei der Verarbeitung von Profilstreifen werden mit Hilfe eines Abstapelportals die einzelnen Streifen aus einem Magazin heraus abgestapelt und einem profilierten Walzenvorschub zugeführt. Der Walzenvorschub ist mit unterschiedlich großen Nuten aus­geführt, so dass durch ein seitliches Verschieben des Walzenvorschubs verschiedene Profilgrößen verarbeitet werden können. Pressenauslaufseitig befindet sich ein freiprogrammierbarer Zangenvorschub, um die Streifen wieder aus dem Werkzeug herauszuziehen - auch eine Neuentwicklung von Müller.

Der Messplatz

Die Profile werden dann entweder noch geschnitten oder durchlaufen als ganzes die weiteren Stationen. Genauso wie die Flachteile durchlaufen auch die Profilstücke den Markator und die Feinrichtmaschine. Dabei werden auch die durch das Stanzen bananenförmig gebogenen U-Profile in der Richtmaschine wieder gerichtet, bevor diese dem Messplatz ­zugeführt werden. Der Messplatz besteht im Wesentlichen aus einer hoch auflösenden Kamera, einer Durchlichtquelle und einem Linearmotor. Flachteile wie auch U-Profile werden auf der Messmaschine automatisch vermessen. Dazu wird das zu vermessende Teil seitlich über seine komplette Länge eingespannt und von unten durchleuchtet. Mit Hilfe des Linearmotors wird dann das Teil komplett gescannt.

Durch das helle Durchlicht sind die Kontraste so stark, dass jede Lochkante pixelgenau in X-, Y-Richtung vermessen werden kann. Dabei spielt es keine Rolle, ob es sich dabei um symmetrische oder asymmetrische Stanzungen handelt. Bei einer Verfahrgeschwindigkeit von 250 mm/s werden also circa 12 Sekunden zum einscannen eines 3 Meter langen Teiles benötigt.

Mit den auf 0,02 mm genau gemessenen Lochkanten wird nun der Loch- beziehungsweise Stempelmittelpunkt errechnet. Die gemessenen Werte werden noch während des Einmessens mit den Soll­maßen des Verfahrprogramms verglichen und die Abweichungen auf dem Bildschirm online dokumentiert. Nach Abschluss der Messung werden alle gemessenen Daten inklusive ihrer jeweiligen Abweichung vom Sollmaß im Excel-Format ausgegeben. Gleichzeitig wird der Bediener über die maximale Einzelabweichung informiert. Weiterhin wird dem Bediener automatisch eine Korrektur des Vorschub-Verfahrprogramms vorgeschlagen. Mit der Übernahme des Korrekturvorschlags wird das Verfahrprogramm neu berechnet und die Anlage neu gestartet. Mit dem Eintreffen des nächsten Teils auf dem Messplatz wird dieser automatisch aktiviert und das eingespannte Teil vermessen. Entsprechend dem vorherigen Durchlauf werden auch diesmal alle Kanten vermessen und ein Korrektur-Vorschubprogramm erstellt.

„Zeitfresser“

Allerdings zeigt die Praxis, dass bereits nach der ersten Korrekturfahrt die Maßhaltigkeit unter 0,1 mm liegt und eine zweite Korrektur des Vorschubprogramms nicht notwendig ist. Mit diesem von Müller Stanz- + Umformtechnik entwickelten Messplatz ist es nun nicht nur möglich, den Messprozess von circa 40 bis 60 Minuten auf unter 12 Sekunden zu reduzieren, sonder auch die gemessen Daten gleichzeitig zur automatischen Korrektur des eigentlichen Stanzprogramms zu verwenden. Dadurch wird der Anlagenführer in doppelter Hinsicht entlastet.

Natürlich ist der beschriebene Prozess aber wesentlich mehr, als nur eine Einrichthilfe. Auch während des Automatikbetriebs durchlaufen alle Teile den Messplatz. Dabei hat der Bediener die Möglichkeit vorzugeben, wie viel Prozent der Teile zur Kontrolle gemessen werden sollen.

Weiterhin gibt der Bediener auch die zu­lässige Toleranz der Lochpositionen an. Nachdem das komplette Messprotokoll im Excel-Format ausgegeben wird, ist es natürlich auch möglich, alle diese Werte zur weiteren Dokumentation abzuspeichern. Trends im Stanzprozess lassen sich somit leichter erfassen und untersuchen.

Wird dann während einer Kontrollmessung eine Maßabweichung erkannt, die oberhalb der Toleranzgrenze liegt, wird die Anlage angehalten und dem Bediener über eine Signallampe die Maßabweichung mitgeteilt. In solch einem Fall entscheidet dann der Bediener - eventuell auch anhand einer Trendanalyse -, ob eine erneute Korrektur des Verfahrprogramms notwendig ist.

Entscheidend bei dem Messvorgang ist, dass im Zusammenspiel mit dem Linearmotor eine absolute und keine vergleichende Messung durchgeführt wird. Neben der eigentlichen Kantenmessung wird auch der Schwerpunkt des sichtbaren Loches gemessen. Somit lassen sich Stanzungen jeglicher Art mit diesem System vermessen.

Verschleißt zum Beispiel ein Stanzstempel und erleidet Ausbrüche, so verändert sich entsprechend auch die gemessene Fläche, beziehungsweise der Schwerpunkt. Dies bedeutet, dass nicht nur die exakte Lage einer Stanzung erkannt und deren Position genau gemessen werden kann, sondern auch deren Qualität ständig überwacht wird.

Heiko Müller

Erschienen in Ausgabe: 10/2005