Sanfter Riese

Verbindungstechnik

Crimpen – Für das Crimpen von unterschiedlichen Materialien in einer Baugruppe lieferte IEF-Werner eine Servopresse mit zwölf Kilonewton Presskraft, die kräftig und dabei sehr präzise arbeitet.

09. Mai 2017

Um wettbewerbsfähig zu sein, müssen verarbeitende Betriebe immer flexibler auf die Aufträge ihrer Kunden reagieren können. Diese bringen oft in stets kürzeren Zyklen neue Produkte oder Varianten auf den Markt. Damit steigen die Anforderungen an den Maschinenpark. Die Anlagen müssen Materialien bearbeiten, die sich in ihrer Zusammensetzung, Größe oder Stärke deutlich unterscheiden können. Doch neue Anlagen sind teuer – und sind sie einmal da, wollen sie auch ausgelastet sein.

Unterschiedlich formen

Mit dieser Tatsache sah sich auch ein Anwender aus der Medizintechnik konfrontiert, der für eine Baugruppe ganz unterschiedliche Komponenten verformen muss und dafür verschiedene Presskräfte benötigt. Die Baugruppe besteht zum einen aus sehr feinen Metallteilen, zum anderen aus dicken, massiven Komponenten.

»Für diese Aufgabenstellung wollte der Anwender eine Presse, welche zwei Arbeitsschritte mit hoher Präzision ausführen kann«, sagt Frank Neugart, Produktmanager Servopressen bei IEF-Werner. Zudem sollte diese flexible Lösung groß genug für künftige Aufträge sein, bei denen eventuell noch höhere Kräfte erforderlich sind. Eine sinnvolle Herangehensweise – gerade im Hinblick, den Maschinenpark schlank zu halten. In beiden Arbeitsschritten sollen die Bauteile gecrimpt werden.

Die Ingenieure von IEF-Werner sahen sich die Aufgabenstellung genau an und lieferten eine Maschine aus der Servopressen-Serie aiPress mit einer Kraft von zwölf Kilonewton.

»Mit dieser Baureihe lassen sich hochgenaue Fügeprozesse automatisch und wiederholgenau durchführen«, erklärt Neugart.

Die Systeme sind flexibel aufgebaut und Anwender können sie sowohl in Fertigungslinien als auch in Handarbeitsplätze ganz leicht integrieren.

Vor allem die Servotechnik bietet bei dieser Anwendung deutliche Vorteile. Betreiber haben die Möglichkeit, mithilfe dieser Technologie Parameter wie die Geschwindigkeit einzustellen. Sie erreichen damit je nach gewünschter Präzision sehr kurze Taktzeiten, denn bei der Servotechnik wirkt die Antriebskraft auf eine Spindel.

Stabiles Basisgestell

Die Basis der Servopresse bildet ein massives und verwindungssteifes C-Gestell aus Werkzeugstahl. Das System kann Deformationen, Aufbiegungen oder Setzvorgänge, die beim Pressvorgang auf die kraftführenden Teile einwirken, durch mechanische Entkopplung der Messeinrichtung eliminieren und durch die Servoregelung kompensieren.

Um Querkräfte vollständig aufnehmen zu können, besteht der Antriebsstrang aus einer Präzisionsspindel, einem Servomotor und einer Pinolenführung. Eine Präzisionsführung hält bei der aiPress den Antriebsstrang über den gesamten Arbeitsweg exakt in der Spur. »Positionierungsfehler, die durch die Auslenkung einer Pinole entstehen können, schließen wir damit aus«, sagt Neugart.

Immer optimal arbeiten

Ein Konfigurationssystem sorgt dafür, dass sich der Antriebsstrang an den benötigten Kraftbereich anpassen lässt. Der Servoantrieb arbeitet somit immer unter optimalen Betriebsbedingungen. Der Anwender kann Prozessfaktoren wie Vorschubkraft, Verfahrgeschwindigkeit, Positionierzeit und Genauigkeit sehr genau an den Applikationsfall anpassen.

»Um beide Arbeitsschritte exakt auszuführen, haben wir die Presse mit einem Piezokraftsensor ausgestattet, der zwei skalierbare Arbeitsbereiche enthält«, erklärt Frank Neugart die Vorgehensweise. »Diese Sensoren ermöglichen eine genaue Messung, indem sie im Sensor die Parameter umschalten.« Um diese Teilbereichskalibrierung umzusetzen, arbeitete IEF-Werner in enger Kooperation mit Hottinger Baldwin Messtechnik zusammen.

Gemeinsam mit dem Anwender entwickelte IEF-Werner einen speziellen Pressablauf, der sich auch für andere Anwendungen nutzen lässt. Für das Einpressen bewegt sich der von einem Servomotor angetriebene Pressenstempel zunächst zügig abwärts, um die Bauteile in Kontakt zu bringen. Dann verlangsamt sich der Vorgang. In der Regel misst das System die Presskraft sowie die Position der zu fügenden Komponenten.

Qualität sicherstellen

Wegen ihrer besonderen Bauweise crimpt die aiPress die feinen Metallteile mit einer Kraft von maximal 3.000 Newton bei einer Genauigkeit von weniger als ± 15 Newton. »Normalerweise kommen bei solchen Bauteilen Kräfte von höchstens 500 bis 600 Newton zum Einsatz«, sagt Neugart. »Mit der hohen Dimensionierung können wir eine sehr hohe Qualität der Verbindung sicherstellen.«

In einem zweiten Arbeitsschritt crimpt die Servopresse von IEF-Werner die stärkeren Teile mit 6.000 Newton bei einer Genauigkeit von unter ±30 Newton.

Um das Einricht- und Bedienkonzept möglichst ergonomisch und benutzerfreundlich zu gestalten, haben die IEF-Entwickler die grafische Benutzeroberfläche mit einem eigenen Betriebssystem für Pressprozesse ausgestattet. Herzstück des Betriebssystems ist aiQ-Control. Dieser Kraft-Weg-Monitor stellt den Pressvorgang grafisch dar und überwacht seinen Verlauf. Der Monitor umfasst verschiedene Funktionen wie Hüllkurven, Fenster und Kraft-Weg-Barrieren. Damit behält der Bediener Messgrößen, die in bestimmten Relationen zueinander stehen, stets im Auge.

Hinzu kommt die intelligente Prozessraumbeleuchtung aiLight, die aus einer energieeffizienten Vierfarb-LED-Technologie besteht. Diese nutzt die Reflektionseigenschaften der eingesetzten Materialien, um per Lichtfarb-Code mit dem Bediener zu interagieren.

Er bekommt alle Informationen, die er benötigt: Um den Einrichtbetrieb oder das Einlegen eines Bauteils zu unterstützen, leuchten die LEDs weiß. Werden die Bauteile verpresst, wechselt die Farbe zu blau. Entspricht das Ergebnis den Anforderungen, wird das Licht grün, ist es fehlerhaft rot.

Auch die integrierte Ampel-Funktion am oberen Rand der Presse signalisiert die Qualität des Pressergebnisses und ist aus allen Richtungen gut erkennbar. Zur Beurteilung des Pressergebnisses sind somit keine Informationen von der Bedienoberfläche notwendig, ein Abwenden des Blicks auf Presskurven ist überflüssig. Dies ermöglicht ein komfortables und konzentriertes Arbeiten ohne Ablenkung und steigert die Effektivität.

Energieeffizenter Betrieb

Für IEF-Werner stand auch eine energieeffiziente Arbeitsweise im Vordergrund: Im Einschichtbetrieb verbraucht das gesamte System lediglich so viel Energie wie eine herkömmliche 60-Watt-Glühbirne. Direkt in die Pinole der aiPress-Serie ist ein Vakuum- oder Druckluftanschluss integriert. Damit müssen dem Werkzeug keine eigenen Versorgungsleitungen von außen zugeführt werden. Die gesamte Baureihe deckt einen Kraftbereich von 200 Newton bis 30 Kilonewton ab.

Alle offenen und sichtbaren Teile bestehen aus Edelstahl. »Weil die Anlage in einem Reinraum steht, kann der Arbeitsbereich komplett gereinigt werden«, sagt Frank Neugart.

Und benötigt der Anwender für zukünftige Aufträge mehr Kraft, kann er die Presse durch Skalierung der Kraftbereiche bis zwölf Kilonewton neu auslegen und an geänderte Anforderungen einfach anpassen. mk

Erschienen in Ausgabe: 04/2017