Roemheld: Spanntechnik für Pressen Umformwerkzeuge sachgerecht spannen

Autor / Redakteur: Andreas Reich / Konrad Mücke

Müssen Umformwerkzeuge an Pressen aufgrund wechselnder Aufträge häufig gewechselt werden, haben die verwendeten Spannmittel einen grossen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit der Fertigung. Vielfältig einsetzbare, schnell spannende Elemente gibt es in den unterschiedlichsten Ausführungen.

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Für Werkzeuge mit Spannschlitzen: Hubkolbenzylinder lassen sich in beliebiger Lage aufstecken, einschrauben oder anflanschen und somit einfach nachrüsten.
Für Werkzeuge mit Spannschlitzen: Hubkolbenzylinder lassen sich in beliebiger Lage aufstecken, einschrauben oder anflanschen und somit einfach nachrüsten.
(Bild: Roemheld)

Präzision, Zuverlässigkeit, kurze Rüstzeiten, möglichst universelle, flexible Einsetzbarkeit und schnelle Amortisation – das sind die Anforderungen der Serienfertigung an moderne Spannmittel. Da sich immer mehr Unternehmen mit rasch wechselnden Modellfolgen und einer grossen Variantenvielfalt konfrontiert sehen, empfiehlt sich aus Kostengründen oftmals eine Neuanschaffung. Denn die häufig eingesetzten mechanischen Spannelemente wie Pratzen und Schrauben sind zwar in der Beschaffung günstig, ihr Einsatz bringt aber vergleichsweise lange Rüstzeiten mit sich. Zwischen 15 und 35 Sekunden lassen sich für das Festziehen einer einzelnen Schraube rechnen, bei Pratzen und Überkopfarbeiten sind es noch etwa 50% mehr. Müssen Werkzeuge oft gewechselt werden, nehmen die Stillstandszeiten der Presse merklich zu, ihre Produktivität sinkt.

Rüstzeiten verkürzen

Weitere Einschränkungen der mechanischen Elemente: Kräfte von über 80 kN je Spannstelle sind nur unter grossem Aufwand zu erreichen, ausserdem lässt sich der Spannprozess weder exakt reproduzieren noch automatisieren. Wer Rüstzeiten in der eigenen Produktion verkürzen möchte und grossen Wert auf Sicherheit legt, sollte daher hydraulische, elektromechanische oder magnetische Spannmittel vorziehen. Neben grossen Spannkräften und einem schnellen und zuverlässigen Rüstprozess bieten diese noch weitere Vorteile: Sie sind einfach bedienbar und verfügen über verschiedene Kontrollfunktionen, insbesondere für Druck und Position, die das Spannen und Wechseln von Werkzeugen erleichtern. Auch eine Komplettautomatisierung des Spannprozesses ist möglich. Werkzeuge werden verzugsarm und gleichmässig fixiert, mit positiven Auswirkungen auf Standmenge und Produktqualität. Wie schnell sich eine neue Spannlösung amortisiert und welche Elemente sich für die eigenen Pressen eignen, hängt von vielen Faktoren ab. Die einmaligen Investitionen in überwiegend leicht nachrüstbare Spannelemente machen sich meist schon innerhalb weniger Monate bezahlt.

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Hydraulisch spannen

Ein Pumpenaggregat versorgt hydraulische Spannmittel mit Drücken bis zu mehreren Hundert Bar. Meist wird für Tisch und Stössel ein eigener Spannkreis eingerichtet, das Fixieren und Lösen dauert je nach Förderleistung und Zahl der Elemente zwischen einer und dreissig Sekunden. Zur Betriebssicherheit tragen Druckschalter bei, die in jedem Spannkreis eingebaut werden. Fällt der Druck unter 15% des eingestellten Wertes, halten sie die Maschine automatisch an. Rückschlagventile können bei einem Ausfall der Hydraulik dafür sorgen, dass der Druck erhalten bleibt.

Fest montierte Spannleisten

Sind alle Werkzeuge gleich gross, bieten sich fest montierte Spannleisten als einfache hydraulische Lösung an. Diese werden seitlich auf dem Pressentisch und dem Stössel angebracht. Bis zu sechs Kolben pro Leiste bauen bei einer Einbaulänge von 270 mm eine Spannkraft von maximal 116 kN auf. Die Spann- und Lösezeit liegt je Seite bei etwa einer Sekunde.

Hohlkolbenzylinder

Hohlkolbenzylinder werden für Werkzeuge mit Spannschlitzen verwendet. Da der Einbau durch Aufstecken, Einschrauben oder auch Anflanschen in beliebiger Lage möglich ist, sind die Elemente besonders leicht nachrüstbar. Mit T-Nuten-Schrauben werden sie auf das erforderliche Spannrandmass eingestellt und zum Spannen in die T-Nuten des Werkzeuges geschoben. In Pressentisch und -stössel lassen sich Schwenk-Senkspanner integrieren, die bei Bedarf komplett versenkt werden und somit den Werkzeugwechsel nicht behindern. Bis zu 216 kN können pro Spannelement erreicht werden, die Spann- und Lösezeiten liegen am Tisch bei 5 bis 25 Sekunden.

Keilspanner

Bei kleinen Werkzeugbauräumen und einem hohen Kraftbedarf sind Keilspanner gut geeignet. Die hydraulischen Blockzylinder mit gehäusegeführtem Bolzen können bei geraden und schrägen Spannrändern eingesetzt werden. Je nach Zylindergrösse und Pumpenleistung werden die Elemente innerhalb von 5 bis 25 Sekunden gespannt oder gelöst. Auf Anfrage bietet Roemheld Elemente, die Haltekräfte von bis zu 1250 kN verwirklichen.

Elektromechanisch spannen

Soll die Fertigung ölfrei gehalten werden, bieten sich elektromechanische Spannelemente wie Zapfenspanner, Winkelspanner, Dreh-Zug-Spannelemente oder Keilspanner an. Durch die mechanische Selbsthemmung der Elemente werden Werkzeuge auch bei einem eventuellen Energieausfall sicher gehalten. Induktive Näherungsschalter überwachen Haltekraft, Spann- und Löseposition und erlauben so automatisierte Spannprozesse.

Hub und Spanngeschwindigkeit frei programmierbar

Elektromagnetische Keilspanner verfügen darüber hinaus über programmierbare Antriebe, bei denen die Bolzengeschwindigkeit und die Spann- und Löseposition bis zum maximalen Hubwert von 25 mm frei festlegbar sind. Die gewählten Werte bleiben selbst bei einem Stromausfall erhalten. Bei der neuen 24-V-Variante wurden die Haltekräfte auf bis zu 240 kN deutlich gesteigert. Damit eignen sich die Spannelemente besonders für Anlagen, bei denen Werkzeuge und Formen auf kleinem Raum mit hohen Spannkräften fixiert werden müssen.

Magnetisch spannen

Eine Standardisierung der Werkzeuge in Hinblick auf Grösse, Spannrandhöhen und -breiten, wie sie bei hydraulischen und elektromechanischen Systemen oftmals notwendig ist, entfällt bei der magnetischen Spanntechnik vollständig. So können auch nicht genormte Formen und Werkzeuge problemlos und schnell eingesetzt werden. Die ferritischen Spannplatten spannen alle magnetischen Materialien vollflächig und mit hoher Biegesteifigkeit ab. Die gleichmässige Kraftverteilung verringert den Werkzeugverschleiss, Formhälften werden absolut parallel zusammengeführt. Da die Platten auf dem Prinzip eines Elektro-Permanentmagneten beruhen, wird ein Stromfluss lediglich zum Spannen und Lösen für jeweils ein bis zwei Sekunden benötigt. Im Betrieb ist das System komplett stromlos und somit auch bei Energieausfällen sicher. Eine Besonderheit bei M-TECS-Magnetspannplatten ist der kombinierte Einsatz von Langpolen und Quadratpolen, welcher stets die bestmögliche Konfiguration des Spannsystems für die kundenspezifische Anwendung ermöglicht. Das erzeugte Magnetfeld hat eine effektive Magnetkraft von 5 bis 12 kg/cm2; die erzielte Spannkraft steigt also mit der Grösse der Auflagefläche. Somit können bei Bedarf auch grosse Kräfte von mehreren Tausend Kilonewton erreicht werden. Ein weiterer Vorteil der Magnettechnik: Gerade bei hohen Temperaturen lassen sich Rüstzeiten teilweise um Stunden reduzieren. Da die Werkzeuge nicht mehr von Hand angefasst werden müssen, können sie auch in heissem Zustand innerhalb von Minuten ausgetauscht werden. Optional integrierbare Heizungen sorgen kontinuierlich für die benötigte Arbeitstemperatur von bis zu 240 °C. Das System ist auch bei starkem Schmutz, dem Einsatz von Trennmitteln und im Vakuum einsetzbar. Geometrie und Grösse der Magnetspannplatten werden nach den individuellen Vorgaben angepasst. Zusätzliche Bohrungen, etwa Durchfalllöcher für Stanzbutzen oder Aussparungen für Auswerfer und Zentrierringe, können ohne Weiteres integriert werden. Das System lässt sich meist innerhalb weniger Stunden an der Presse montieren und ist aufgrund des Verzichts auf bewegliche Teile im Prinzip wartungsfrei.

Je nach Unternehmen und einzelnem Anwendungsfall können kurze Spann- und Lösezeiten, ein hoher Automatisierungsgrad, grosse Spannkräfte oder die Flexibilität der Elemente entscheidend sein. Die Tabelle zeigt übersichtlich die wesentlichen Unterschiede zwischen den einzelnen Techniken. SMM  

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