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Karl Klink Kugelkäfig-Stanzautomat für die Automobilindustrie

| Autor / Redakteur: Andrea Schütz / M.A. Frauke Finus

Kein Nachschneiden mehr: Ein Kugelkäfig-Stanzautomat mit Servoantrieb verbessert die Schnittgüte und erhöht die Ausbringungsmenge um mehr als 40 %. Außerdem werden kürzere Wechselzeiten dank optimiertem Rüstkonzept erreicht.

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Um die Rüstzeiten zu verkürzen und die Ausbringungsmenge zu erhöhen, hat die Karl Klink GmbH den Hochleistungs-Kugelkäfig-Stanzautomaten RT-HLKK1000 entwickelt.
Um die Rüstzeiten zu verkürzen und die Ausbringungsmenge zu erhöhen, hat die Karl Klink GmbH den Hochleistungs-Kugelkäfig-Stanzautomaten RT-HLKK1000 entwickelt.
(Bild: Karl Klink)

Zwischen vier und acht Kugelkäfige werden in jedem Fahrzeug verbaut – folglich liegt der Bedarf der Automobilbranche an dieser Komponente jährlich mindestens bei einer halben Milliarde Stück.

In der Regel arbeiten die zur Herstellung eingesetzten Kugelkäfig-Stanzautomaten mit einem Schwungradantrieb. Dadurch sind Schnittgeschwindigkeit und Oberflächenqualität im Schnittbereich vergleichsweise gering; gleiches gilt für die Ausbringungsmenge. Zudem geht die erforderliche Herstellung unterschiedlicher Varianten mit regelmäßigen Werkzeugwechseln einher, was hohe Rüst- und damit Stillstandzeiten mit sich bringt. Eine Lösung für diese Problematik bietet die Karl Klink GmbH: Der Stanzautomat RT-HLKK1000 ist mit einem Servomotor ausgestattet, wodurch sich die Taktzeit auf 7,3 s pro Stück (Vor- und Nachschneiden 6-Fenster-Käfig (8-Fenster-Käfig nur Vorschneiden bei beidseitiger Zuführung 4,1 s pro Stück) reduziert. Gleichzeitig lässt sich so eine höhere Schnittgüte erzielen und dadurch die Nachbearbeitung sowie Kosten und Zeit minimieren. Aufgrund des durchdachten Rüstkonzepts wurde die Rüstzeit von mehreren Stunden auf 30 Minuten pro Werkzeugwechsel gesenkt, was die Maschinenverfügbarkeit deutlich erhöht.

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„Kugelkäfige werden in mehr als 80 unterschiedlichen Ausführungen hergestellt. Die Automobilhersteller lagern Varianten mit niedriger Stückzahl und Losgrößen häufig an Zulieferer aus“, erklärt Robert Keller, Leiter Stanztechnik der Karl Klink GmbH. Das stellt diese Betriebe vor große Herausforderungen: „Einerseits müssen die Unternehmen mehrmals täglich Werkzeugwechsel vornehmen, was sich deutlich auf die Maschinenverfügbarkeit auswirkt und die Kosten erhöht“, berichtet Keller. „Andererseits bedingt der meist eingesetzte Schwungradantrieb eine starre Stößelkinematik, wodurch Schnittqualität und Ausbringungsmenge vergleichsweise niedrig ausfallen.“

Servoantrieb optimiert Qualität der Schnittfläche durch erhöhte Schnittgeschwindigkeit

Auf die Problematik aufmerksam wurde die Karl Klink GmbH durch Gespräche mit einem Automobilzulieferer auf der Blechexpo in Stuttgart vor wenigen Jahren. Basierend auf diesem Feedback entwickelte das Unternehmen einen Hochleistungs-Kugelkäfig-Stanzautomaten, der die hohen Anforderungen an Schnittgüte und verringerte Rüstzeiten erfüllt. Der kürzlich auf dem Markt eingeführte Stanzautomat RT-HLKK1000 basiert auf dem 2015 vorgestellten Prototypen, der seitdem kontinuierlich weiterentwickelt wurde. Eine Besonderheit der Klink-Anlage bildet das Antriebskonzept: Anstatt eines Schwungradantriebs wurde ein Servomotor integriert, wodurch sich sowohl die Schnittgeschwindigkeit als auch die Schnittgüte deutlich optimieren ließen. Verbesserte Qualität lässt sich somit mit erhöhter Produktivität vereinen.

Steigerung der Produktivität um mehr als 40 %

Die Anlage verfügt über zwei Bearbeitungsstationen. Die zu stanzenden Teile werden während der Produktion beidseitig zugeführt und können in verschiedenen Varianten unabhängig voneinander parallel gefertigt werden. Es ist aber auch möglich, die Kugelkäfige von einer beliebigen Seite zuzuführen, diese auf der ersten Station zu stanzen und auf der zweiten Station nachzuschneiden. Dabei erfolgen die Einstellungen der Parameter an jeder Station separat über die Steuerung. Eine 100-prozentige Teilekontrolle vermisst und korrigiert die Lage der Käfige im Zu- und Ablauf selbständig. Dabei werden die Teile identifiziert: Falsch- und NIO-Teile werden automatisch ausgeschleust, was zu einer hohen Effizienz in der Produktion führt.

Für Kugelkäfige mit sechs Fenstern inklusive Vor- und Nachschneiden werden Taktzeiten von 7,3 s erzielt (für einen 8 Fenster-Käfig ohne Nachschneiden bei zweiseitiger Zuführung reichen sogar 4,1 s) – eine vergleichbare Anlage bisheriger Bauart benötigt für denselben Stanzvorgang mehr als 10 s. Dies bedeutet für einen Drei-Schicht-Betrieb ohne Umrüstungen eine Ausbringung von 11.835 Teilen pro Tag beziehungsweise 2.840.547 Teilen pro Jahr im Vergleich zu bislang 8.388 beziehungsweise 2.013.203 Stück mittels einer konventionellen Anlage. „Dadurch kann die Ausbringung um 827.344 Werkstücke pro Jahr gesteigert werden, was die Produktivität um mehr als 40 % erhöht“, so Keller.

Flexible Produktion ergänzt um optimiertes Rüstkonzept

Ein weiteres Ziel war, den Stanzautomaten so zu konstruieren, dass der Kugelkäfighersteller möglichst flexibel auf alle Auftragsszenarien reagieren kann. Durch die hohe Flexibilität können Kugelkäfige mit Außendurchmessern von 45 bis 120 mm gefertigt werden. Ebenso sind die Anzahl der Fenster sowie die Lagekorrektur pro Fenster frei programmierbar, was die Herstellung zahlreicher Varianten zulässt.

Um die Rüstzeiten zu verkürzen, verlegte Karl Klink den Rüstvorgang aus dem beengten Arbeitsraum der Maschine an einen externen Rüstplatz. Der Transport dorthin erfolgt über einen Werkzeugwechselwagen. Dort lassen sich bequem fast alle nötigen Parameter einstellen – auch Hydraulikfunktionen sind bei Bedarf verfügbar, um zum Beispiel den Schnittspalt einzustellen. „Das Werkzeug für den kommenden Auftrag kann damit bei laufender Produktion gerüstet werden. Das Rüsten erfolgt also in der Nebenzeit“, berichtet Keller. „Zu einer weiteren Verkürzung trägt bei, dass Schneidstempel und -halter bei eingebautem Stanzwerkzeug ausgetauscht werden. Durch die verbesserte Zugänglichkeit lassen sich die Wechselzeiten weiter verringern.“

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