Qualität als Wettbewerbsfaktor

Hydraulische Pressen

Je spezieller der Anwendungsfall, desto spezieller die Maschine. So einfach diese Weisheit klingen mag, so anspruchsvoll sind die Konsequenzen, die dem modernen Pressenbau aus ihr erwachsen. Wenn es gelingt, Umformprozesse genau zu gestalten, lassen sich häufig zusätzliche Bearbeitungsprozesse, Nacharbeit oder Ausschuss vermeiden. Präzision wiederum erfordert mehrdimensionales Denken, um bei ganz unterschiedlichen Anforderungen sichere Prozesse gestalten zu können.

Das Charakteristische
Merkmal von Pressen und anderen Umformmaschinen ist ihre Fähigkeit, gemäß dem spezifischen Aufgabenspektrum einen genauen, reproduzierbaren und stabilen Umformprozess sicherzustellen. Diese Fähigkeit setzt voraus, dass schon bei der Entwicklung und beim Bau einer Anlage die späteren Anforderungen so konkret wie möglich berücksichtigt werden. Beispielsweise ist allgemein bekannt, dass bei hydraulischen Systemen nach dem Aufsetzen des Stößels mit dem Oberwerkzeug auf das Bauteil eine Druckspitze entsteht, die bei kritischen Prozessen und empfindlichen Bauteilen zu einer fehlerhaften Bearbeitung führen kann. Um diesen Fehler auszuschließen, können hydraulische Pressen mit einer schnellen Presskraftregelung ausgerüstet werden, die die Presskraft über den gesamten Umformprozess auf weniger als ± 0,5 Prozent der Nennkraft regelt und eine Druckspitze beim Aufsetzen verhindert. Eine automatische Überwachung aller relevanten Prozessparameter in der Pressensteuerung kontrolliert den Fertigungsprozess. Bestimmte Umformprozesse erfordern genaue Positionsregelungen, zum Beispiel das Setzen und Prüfen hoch präziser Schraubenfedern. In diesem Anwendungsfall kann der Bediener an der Pressensteuerung sämtliche Positionen des Stößels frei vorwählen, die dann von der Maschine mit entsprechender Genauigkeit definiert angefahren werden. Beim Prüfen und Setzen der Schraubenfedern überwacht man zusätzlich die Kraft mit einer genauen Presskraftmesseinrichtung, so dass sich der gesamte Prozess von einer übersichtlich und einfach gestalteten Anlagensteuerung komplett führen und kontrollieren lässt.

Immer in Position: hydraulische Presse zum genauen Setzen und Prüfen von Schraubenfedern	Hält Dicke konstant: Diese Presse prägt mit einer Dickentoleranz von weniger als 2 µm. Während der Abwärtsbewegung des Stößels wird das Werkstück vermessen und der untere Umschaltpunkt angepasst	Erträgt außermittige Belastung: Presse mit hydraulisch-elektronischer Gleichlaufregelung

Steuerkanten genau prägen trotz Dickentoleranz
Beim Fertigen von Servosteuerungs-Kompenenten müssen mehrere Steuerkanten an der Werkstückoberseite und der -unterseite mit einer Tiefenabweichung von höchstens 0,002 mm geprägt werden. Die Prägetiefe ist auf die jeweilige Werkstückplanfläche bezogen. Alle zu bearbeitenden Werkstücke haben von der Vorfertigung her eine Dickentoleranz von maximal 0,2 mm, also eine wesentlich größere Toleranz als die zulässige Tiefenabweichung der Prägung. Ein Prägevorgang, der nur über die Kraft gesteuert wird, wäre in diesem Fall wegen der nicht hundertprozentig gleichmäßen Werkstoffzusammensetzung möglich. Als Lösung wurde eine Sonderpresse mit dazugehörigem Prägewerkzeug konzipiert. Ihre Besonderheit besteht darin, dass die Werkstücke bei der Abwärtsbewegung des Stößels vermessen werden und sich der unter Umschaltpunkt der Presse diesen Parametern anpasst. Die untere Stößelposition und damit die Prägetiefe wird mithilfe eines massiven Festanschlags bestimmt, der von der Pressensteuerung automatisch auf das richtige Maß gebracht wird. Der Anschlag ist links und rechts neben dem Werkzeug angeordnet und lässt sich mithilfe eines elektrischen Servoantriebs verstellen. Die auf das Werkstück wirkende Kraft ist genau definiert, so dass die Auffederung der Maschine reproduzierbar bleibt. Somit bilden Pressenstößel, Anschlagseinrichtung und Pressentisch ein System mit hoher Federsteife. Elastische oder temperaturabhängige Verformungen des Werkzeugmaschinenständers oder des Pressenzylinders bleiben ohne Einfluss auf das Prägeergebnis.

Alle Bauteile unterstützen die Gleichlaufregelung
Bei Prozessen mit extremen außermittigen Belastungen und genauen Werkzeugen muss die Parallelität während der Bearbeitung gewährleistet sein, um einen stabilen Prozess sicherstellen zu können und den Werkzeugverschleiß zu reduzieren. Dementsprechend werden hydraulische Pressen oft mit einer hydraulisch-elektronischen Gleichlaufregelung ausgerüstet. Das besondere Merkmal einer Variante dieses Konstruktionsprinzips besteht darin, dass die Regelung nicht über die beiden Hauptzylinder erfolgt, sondern über die vier Schnittschlagdämpferzylinder. Diese Zylinder haben ein minimales Ölvolumen, um eine hohe Regelgenauigkeit zu erreichen. Das bedeutet, dass es sich hier um eine passiver Regelung als überlagerte Positions-Druck-Regelung handelt. Weil auf der dazugehörigen Presse bis zu 2 m lange Folgeverbundwerkzeuge für sehr dünne Halbzeuge verwendet werden, ist das gewünschte Ergebnis nur erzielbar, wenn zudem ein seitlicher Versatz zwischen Stößel und Tisch verhindert wird. Das wiederum ermöglicht eine Hochpräzisions- Stößelführung, konkret eine zwölffach vorgespannte Rollenführung, die gegenüber einer Gleitführung den Vorteil hat, nicht das Spiel zwischen Pressenständer und Stößel zu benötigen. Des Weiteren muss der Pressenständer konzipiert sein, dass er die auf Genauigkeit „getrimmten“ anderen Pressenkomponenten bestmöglich unterstützt. Um das zu leisten, bietet sich die Zuhilfenahme von FEM-Programmen in der Konstruktionsphase an.

Genau und schnell zugleich: Presse mit Walzenvorschub, deren Stößel mithilfe einer Highspeed-Regelung positioniert wird	Druck je nach Bedarf: Presse mit variablem Ziehkissen-Innenkolben

Zusätzlicher Kolben stellt Genauigkeit sicher
Häufig sollen genaue Prozesse in Verbindung mit einer hohen Taktzahl realisiert werden. Ist eine genaue Positionierung im unteren Umschaltpunkt notwendig, reicht dann oft ein Festanschlag aus, auf den der Stößel aufsetzt. Diese Maßnahme ist entweder im Werkzeug realisierbar oder es wird ein motorisch verstellbarer Festanschlag in der Presse vorgesehen. - Eine Lösung, die bei einer Vielzahl von Werkzeugen häufig die preisgünstigste darstellt, zumal über die Pressensteuerung die Höhe einfach variierbar ist und die Einstellungen im Werkzeugdatensatz mit abgelegt werden können. Müssen allerdings noch Zwischenpositionen genau angefahren werden, reicht ein Anschlag im unteren Umschaltpunkt nicht mehr aus. In diesem Fall wird der Stößel über eine schnelle Regelung positioniert, so dass sowohl hohe Genauigkeitswerte als auch hohe Taktfrequenzen möglich sind. Bei vielen Tiefziehprozessen ist die Ziehkissenkraft wegabhängig zu verändern, um einen optimalen Ziehprozess zu erreichen. Ist aber die Differenz zwischen minimaler und maximaler Ziehkissenkraft sehr groß, entsteht ein Problem: Das hydraulische System muss bei minimaler Ziehkissenkraft mit extrem niedrigem Hydraulikdruck betrieben werden. Ist das Verhältnis von minimaler Ziehkraft zu Ziehkissen-Nennkraft zu groß und die daraus resultierende Genauigkeit nicht ausreichend, so kann man sich nur mithilfe einer speziellen Auslegung dem optimalen Zustand des Systems annähern. Die Genauigkeit der Ziehkissenkraft muss immer im Zusammenhang mit dem Nenndruck betrachtet werden. Ist die Ziehkissenkraft beispielsweise kleiner als fünf Prozent der maximal möglichen Ziehkissenkraft, so lässt sich kein genauer Prozess sicherstellen. Man kann Abhilfe schaffen, indem man einen zusätzlichen kleinen Kolben in das Ziehkissen integriert. Weil damit dann eine kleinere Kolbenfläche zur Verfügung steht, steigt der Hydraulikdruck auf einen Wert, bei dem wieder ein genauer Prozess möglich ist. Um auch während des Prozesses zwischen kleinen und großen Kräften variieren zu können, darf es allerdings beim Umschalten zwischen den beiden Kolbenflächen zu keinem undefinierten Zustand, keiner Druckspitze und zu keinem ungewollten Absinken der Ziehkissenkraft kommen. Das Hydrauliksystem muss entsprechend diesen Umschaltbedingungen ausgelegt sein und ein sanftes Ineinander-Übergehen der beiden Systeme ermöglichen.

Qualität ist Richtschnur für die Pressengestaltung
Es ist offensichtlich, dass sich zunehmend spezifische Umformprozesse mit unterschiedlichen Anforderungen auf die Auslegung der Werkzeugmaschinen auswirken und speziell die Integration qualitätssichernder Komponenten erfordern. Deshalb ist es heute wichtiger denn je, dass der Werkzeugmaschinenhersteller sich bei der Beratung des Kunden mit dem Fertigungsprozess und dessen Anforderungen beschäftigt und diese Anforderungen richtig und ausreichend detailliert bewertet. Die Qualität und die Ausführung der Werkzeugmaschine haben außer auf die Zuverlässigkeit, die Reparaturanfälligkeit, die Folgekosten, die Energiekosten und die Taktfrequenz einen wesentlichen Einfluss auf den Fertigungsprozess selbst. Letztendlich spiegelt sich die Qualität einer Presse in der Qualität des mit ihr erzeugten Produkts wieder.