20.09.2005

Neue Perspektiven in der Produktion von Mikropräzisionsbauteilen

Linearmotorpresse Stanzrapid

Stamping Days/Pforzheim - Mit fortschreitender Miniaturisierung werden Mikropräzisionsbauteile in der Elektronik, Feinwerktechnik, Mikromechanik und Medizintechnik immer wichtiger. Gleichzeitig steigen die Ansprüche an Genauigkeit, Komplexität und Wirtschaftlichkeit in der Herstellung. Mit der Linearmotorpresse "Stanzrapid" eröffnet Schuler jetzt völlig neue Perspektiven in der Fertigung von Mikropräzisionsbauteilen. Die neuartige Linearantriebstechnik überzeugt durch frei programmierbare Weg-Zeit- und Kraft-Weg-Verläufe der Stößelbewegung, hohe erreichbare Hubzahlen bei gleichzeitig hoher Präzision sowie einen flexiblen Fertigungseinsatz als Einzelpresse oder als kompakte Mehrstufenmaschine in modularer Bauweise. Der "Stanzrapid" wurde im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Verbundprojektes "Schlüsselkomponenten zur Herstellung von Mikro-Präzisionsbauteilen" von einem mehrere Firmen und Forschungseinrichtungen umfassenden Projektkonsortium entwickelt und zur Serienreife gebracht.

Konventionelle Technik – Hohe Hubzahlen

Aufgrund der hohen Stückzahlen von Mikrobauteilen kommen bisher meist hochgenaue mechanische Schnellläuferpressen für diese umformtechnischen Aufgaben zum Einsatz. Sie ermöglichen entsprechend hohe Hubzahlen. So erreicht die derzeit weltweit schnellste Presse – eine Schuler Yamada Omega F1 – bis zu 4.000 Hübe pro Minute bei 6 mm Hub. Bei diesem Pressentyp wird die vom Elektromotor erzeugte rotatorische Bewegung durch mechanische Übertragungsglieder in eine Translationsbewegung des Pressenstößels umgesetzt. Die charakteristischen sinusförmigen Weg-Zeit-Verläufe können nur durch ausgeklügelte Hebelkinematiken verändert werden, wie etwa in der NXT-Baureihe von Schuler Yamada. Hier kann die Arbeitsgeschwindigkeit im Umformbereich im Vergleich zu herkömmlichen Schnellläuferpressen durch den Doppel-Gelenkantrieb in Querwellenbauweise deutlich reduziert werden.

Freie Programmierung von Weg/Zeit und Kraft/Weg

Insbesondere für Tiefziehprozesse ist es aber von Vorteil, die Weg-Zeit- und die Kraft-Weg-Verläufe völlig frei gestalten zu können. Auch das schwierige Materialhandling von Mikrobauteilen und die wünschenswerte Integration anderer Fertigungstechniken wie zum Beispiel Fräsen, Lasern, Kleben, usw. in das Umformwerkzeug verlangen nach frei programmierbaren Stößelwegverläufen. Diese Forderung nach mehr Flexibilität im Hubverlauf kann nur durch das neue Linearantriebskonzept erfüllt werden. Da der Stößel nicht mechanisch an eine Rotationsbewegung gekoppelt ist, können das Weg-Zeit-Verhalten und der Kraft-Weg-Verlauf in jeder Phase individuell definiert und programmiert werden. Störgrößen wie zum Beispiel durch spielbehaftete Getriebeglieder entfallen. Die Presskraft steht an jeder beliebigen Stelle des Hubes zur Verfügung. Damit werden die Vorteile einer hydraulischen und einer mechanischen Presse verbunden. Qualität und Genauigkeit werden dadurch erhöht. Gleichzeitig führt der geringere Verschleiß zu weniger Wartungsaufwand und steigert Zuverlässigkeit und Lebensdauer. Dem gegenüber stehen eine begrenzte Presskraft von derzeit maximal 40 kN, die von den am Markt verfügbaren Linearmotoren abhängt, sowie ein schlechterer Wirkungsgrad im Vergleich zu herkömmlichen Pressen aufgrund des fehlenden Energiespeichers. Derzeit werden Hubzahlen bis zu 1.200 Hübe pro Minute erreicht.

Wirtschaftliche Fertigung auch bei geringen Losgrößen

Für Fertigungsprozesse mit vielen Umformoperationen und in der Summe höheren Kräften ist die Reihenschaltung von einzelnen Stanzrapid-Modulen zu einer kompakten Einheit leicht möglich. Die einzelnen Stößel können dabei synchron oder individuell betrieben werden. Das Materialhandling übernehmen ebenfalls mit Linearmotortechnik angetriebene Zangenvorschübe, die auch empfindliches Material mit einem programmierbaren Weg-Zeit-Verlauf vorschieben können. Alle Maschinenachsen werden dabei über eine gemeinsame und bedienfreundliche Steuerung kontrolliert. Durch den Austausch einzelner Einheiten können die Linien jederzeit schnell neu konfiguriert werden. Mit dieser Flexibilität im Produktionsablauf und im Produktspektrum bietet der Stanzrapid die Möglichkeit, hochwertige Produkte in allen Losgrößen wirtschaftlich zu fertigen.

Modularer Aufbau: Neue Perspektiven für die Fertigung

Mit dem Stanzrapid stellen die beteiligten Entwicklungspartner eine Produktionseinheit vor, die durch ihr innovatives Konzept und ihren flexiblen Einsatz wirtschaftliche und qualitative Grenzen konventioneller Technik weit hinter sich lässt. Durch die genau steuerbare Hubcharakteristik können neue Klassen von Materialien und Materialkombinationen (Verbundmaterialien) oder mehrere Materialien gleichzeitig bearbeitet werden. In die einzelnen Module einer Stanzrapid Linie können zusätzliche Bearbeitungseinheiten (z. B. zum Fräsen oder Laserschneiden) integriert werden. Damit können Teile hergestellt werden, deren Fertigung bisher mit konventionell angetriebenen Pressen nicht möglich war.

Neue Fertigungskonzepte

Die Eigenschaften der Linearmotorpresse erschließen neue Anwendungsmöglichkeiten für Umformprozesse, speziell für die Mikroumformung. Hier sind die relativ geringen Presskräfte, die mit dieser Technik erreicht werden können, meist völlig ausreichend. War bisher immer eine Anpassung des Umformprozesses an die vorgegebene Stößelkinematik notwendig, erlaubt nun der Stanzrapid eine Anpassung des Hubverlaufs auf die jeweilige Fertigungsaufgabe. So ist es zum erstenmal möglich, eine voreingestellte Stößelgeschwindigkeit über dem Hub konstant zu halten. Das eröffnet insbesondere beim Tiefziehen neue Möglichkeiten, da die bei diesem Verfahren wichtigen Reibwerte zwischen Material und Aktivteilen geschwindigkeitsabhängig sind. Die steuerungstechnischen Möglichkeiten erlauben völlig neue Fertigungs- und Werkzeugkonzepte. Ein Beispiel: Durch Variation des unteren Totpunkts bei Verwendung eines Werkzeugs mit abgesetzten Stempeln lassen sich Perforierwerkzeuge wesentlich vereinfachen. Für einen Stanzstreifen, der normalerweise ein Werkzeug mit 177 Stempeln erfordert, kann auf der Linearmotorpresse ein wesentlich kostengünstigeres Werkzeug mit nur 20 Stempeln eingesetzt werden.

Technische Daten

Maximalkraft 20 kN oder 40 kN
Max. Hubzahl 1.200 pro Minute
Max. Hubhöhe 85 mm
Stößelfläche 490 x 200 mm
Tischfläche (b x t) 520 x 400 mm
Einbaumaß 230 mm
Außenmaß (b x t x h) 690 x 400 x 2.700 mm