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Schwer+Kopka/Baumann

Sensoren sichern den Stanz- und Umformprozess

| Autor: Frauke Finus

Immer höhere Geschwindigkeiten und immer komplexere Fertigungsverfahren machen eine Prozessüberwachung beim Stanzen unverzichtbar. Wie dafür neue Kraft-/Körperschalltechnologie mit alter Wirbelstromtechnik verknüpft werden kann, zeigt die Baumann GmbH mit einem Stanzüberwachungssystem von Schwer + Kopka.

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Die Bruderer-Stanzautomaten sind fast alle mit einer Prozessüberwachungslösung von Schwer + Kopka ausgestattet. Die Sensoren sind praktisch im Stanzwerkzeug – in diesem Beispiel im Folgeverbundwerkzeug – integriert.
Die Bruderer-Stanzautomaten sind fast alle mit einer Prozessüberwachungslösung von Schwer + Kopka ausgestattet. Die Sensoren sind praktisch im Stanzwerkzeug – in diesem Beispiel im Folgeverbundwerkzeug – integriert.
( Bild: Kuhn )

In einer der Produktionshallen der Baumann GmbH im württembergischen Lichtenstein bei Reutlingen riecht es nach Farbe. Das Unternehmen mit Stammsitz in der Schweiz putzt sich heraus, denn es gibt Grund zum Feiern: 50. Firmenjubiläum stehen dieses Jahr an – Grund genug für Miro Ribaric, Production Manager bei Baumann, die Maler und Lackierer kommen zu lassen, um die Anlagen in den Produktionshallen in einem neuen Anstrich erstrahlen zu lassen. Mit elf Standorten auf drei Kontinenten und weltweit etwa 1400 Mitarbeitern ist Baumann führender Hersteller von Federn und Stanzteilen. In Lichtenstein liegt der Fokus auf drei Produktionsfeldern: die Stanztechnik auf Bruderer-Pressen, die Stanz- und Umformtechnik auf Bihler-Maschinen und die klassische Federnfertigung aus Draht, zum Beispiel auf Wafios-Maschinen. Die eingesetzten Stanzwerkzeuge entwickelt und fertig Baumann je nach Produkt und Kundenwunsch selbst.

Bereits während der Produktion in den Prozess reinschauen

In Lichtenstein werden in drei Schichten hauptsächlich Automotive-Teile gefertigt, beispielsweise Federn für die Sitzverstellung. In der Lieferkette sieht sich Miro Ribaric als Tier-2, denn Baumann liefert zum Beispiel an Sitzhersteller, die schließlich die OEM beliefern. In Bandverarbeitung beginnen die Stanzteile bei 0,1 mm und gehen bis 3 mm Materialstärke, die maximalen Durchmesser der Teile erreichen 50 mm. Ribaric erklärt, dass es zur Zeit etwa 500 aktive Teile gibt.

Wer Werkzeuge entwickelt, baut und verwendet, um Teile zu stanzen, muss auch sicherstellen, dass die Teile einwandfrei in Ordnung sind. An dieser Stelle kommt die Schwer + Kopka GmbH ins Spiel. Eine effiziente Überwachung von Werkzeugen und Produktionsmaschinen sowie die objektive Erfassung von Maschinen- und Betriebsdaten sind die Schwerpunkte des mittelständischen, eigentümergeführten Unternehmens aus Weingarten und Hilden. Bisher hat man bei Baumann auf klassische Kontrollen wie eine Werkerselbstkontrolle gesetzt. „Nun aber ist es das Ziel, während der Produktion in den Prozess reinzuschauen, in das Werkzeug reinzuhören und den Zustand des Werkzeugs abzubilden“, erklärt Ribaric.

Kraft- und Körperschallsensoren bemerken auch kleinste Butzen

Bisher wurde dafür auf das Wirbelstromverfahren gesetzt, um Fremdkörper wie Butzen, Späne oder Stanzschrott beim Zusammenfahren des Werkzeugs zu erkennen. Aber fehlerhafte Umform-, Schneid- und Prägevorgänge sowie kleinere Stanzbutzen, die sich fast ganz in das Material eindrücken, können mit Wirbelstromtechnik nicht erkannt werden. Bei der Wirbelstromtechnik messen Sensoren die Verkippung der Führungsplatte. Werden winzige Stanzbutzen nahezu komplett eingedrückt, entsteht kaum Verkippung – die Sensoren nehmen das nicht wahr. Moderne Überwachungssysteme setzen hier hybride Kraft/-Körperschallsensoren ein, um unterschiedliche Umformprozesse zu überwachen oder kleinste Fremdkörper erkennen zu können. „Der Klang der Niederhalteplatte hört sich anders an, wenn sie korrekt zusammenfährt, als wenn sie beim Zusammenfahren beispielsweise etwas einschließt. Unsere Sensoren hören darauf: Klingt es richtig? Im Klartext: Sind Schall und Kraft so, wie sie sein sollen?“, erklärt Wolfgang Faulhaber, Geschäftsführer bei Schwer + Kopka. Kraft-/Körperschallsensoren messen, wie der Name schon sagt, die Kraft und den Körperschall gleichzeitig. Bei jedem Hub wird die Dehnung an der Platte im My-Bereich plus Körperschall gemessen. In Folgeverbundwerkzeugen sitzen bei mehreren Fertigungsvorgängen mehrere Sensoren, die jeweils unterschiedliche Daten erfassen, beispielsweise über den Stempeln die Umformkraft oder wenn der Sensor über einem Prägewerkzeug sitzt, messen sie den Prägevorgang. Dabei werden die Hybridsensoren nicht nur einfach am Werkzeug angebracht, sondern im Werkzeug mittels eines speziellen Zweikomponentenklebers vergossen. Faulhaber erklärt, dass die besondere Effektivität der werkzeugintegrierten Sensoren durch das Vergießen zustande kommt. So wird ein Teil des Werkzeugs zum Sensor. Installiert auf der Niederhalteplatte oder dem Abstreifer werden somit Stanzbutzen, Späne und sogar kleine Flitter erkannt.

Spezielle Taschen in der Platte bieten Platz für Sensoren

Auch Baumann hat die ersten Anlagen mit Kraft-/Körperschallsensoren von Schwer + Kopka ausgestattet. Um die Sensoren in der Platte vergießen zu können, kommt zunächst ein Techniker von Schwer + Kopka zu Baumann und spricht vor Ort mit dem Werkzeugbauer die Umsetzung durch, an welchen Stellen die Sensoren in die Platte eingefügt werden sollen. Es werden dann sogenannte Taschen, Fräsungen, in der Platte vorbereitet, damit bei einem nächsten Besuch der Mitarbeiter von Schwer + Kopka die Sensoren mit einem Zweikomponentenkleber, bestehend aus einer Vergussmasse und einem Aushärter, in der Platte verankern kann. Mittlerweile ist das Know-how für das Sensoreinsetzen von Schwer + Kopka an Baumann übergegangen, sodass die Werkzeugbauer selbstständig das Vergießen der Sensoren durchführen können. Die Leitungen der Sensoren nach draußen sind ebenfalls in der Platte vergossen.

Kombi-Box vereint alte und neue Technik für beste Ergebnisse

Aufgrund der großen Anzahl bestehender Werkzeuge, von denen viele bisher mit Wirbelstromsensorik ausgerüstet sind, würde eine große Investition anstehen, wenn Baumann komplett auf Kraft- und Körperschalltechnologie umrüsten wollte. Um diese Hürde zu überwinden, hat Schwer + Kopka die SK Kombi-Box entwickelt. Sie kann an Stanzwerkzeuge mit Wirbelstromsensoren und an Werkzeuge mit integrierter Kraft- und Körperschallsensorik angeschlossen werden. Eine dynamische Signalverarbeitung automatisiert außerdem das permanente Anpassen der Überwachungsgrenzen bei den Wirbelstromsensoren. Ribaric lobt die Idee:„Die intelligente Kombi-Box erkennt beim Einstecken automatisch, um was für einen Sensor es sich handelt. Handelt es sich um einen klassischen Wirbelstromsensor, der eine Verkippung der Platte misst? Oder handelt es sich um die neue Sensorik der Kraft-/Körperschalltechnologie? Je nachdem, welche Technik erkannt wird, schaltet das System auf Kraftkörperschall oder Wirbelstrom um. Das erspart unseren Mitarbeitern Zeit und Arbeit.“ Die Box ist gerade auch darauf ausgelegt, Sensoren von Schwer + Kopka mit Sensoren anderer Anbieter zu kombinieren. Auf einem Monitor werden die Prozessdaten sichtbar gemacht: Der Mitarbeiter kann die Hüllkurve für die Wirbelstromprüfung, die mit einem älteren Fremdfabrikat funktioniert, und die Ergebnisse, die mit der Körperschalltechnologie von Schwer + Kopka erzielt werden, auf eine Blick sehen.

Außerdem ist das Überwachungssystem intelligent: wird eine Maschine umgerüstet und mit einem neuen Band bestückt, kann per Knopfdruck die Box aufgefordert werden, sich die neuen Parameter zu vergegenwärtigen und das daraus resultierende neue richtige Signal einzulernen. Diese Dynamik spart Zeit und Arbeit: Startet eine Maschine, zum Beispiel eine Schnellläuferpresse, läuft sie zunächst kalt, das heißt, sie fährt bei gleicher Einstellung, bei gleicher Hubeinstellung trotzdem ein anderes Aufsatzergebnis, als wenn sie später warmgelaufen ist. Ribaric sieht darin nur Vorteile für sein Unternehmen: „Tatsache ist, dass bedingt durch einen Temperaturanstieg, der zwangsläufig bei schnell laufenden Maschinen und Werkzeugen entsteht, wesentlich häufiger manuelle Korrekturen am Überwachungssystem notwendig waren. Korrekturen sind heute mit dem System von Schwer + Kopka automatisiert und erfolgen dynamisch. Das reduziert deutlich die Prozessunterbrechungen.“

Außerdem können in einem Artikelspeicher der Kombi-Box ungefähr 3000 Werkzeuge hinterlegt werden. So ist die Sollkurve des einzelnen Werkzeugs auch Monate später wieder aufrufbar. Beispielsweise kann der Zustand eines Werkzeugs überprüft werden, indem geschaut wird, ob die jetzige Kurve mit der gespeicherten Sollkurve überein stimmt.

Die Zukunft gehört den Systemanbietern

Die Baumann GmbH sieht ihre Zukunft als Anbieter von ganzen Systemen. „Wir wollen zum Beispiel das Angebot von Baugruppen pushen“, erklärt Ribaric. Unverzichtbar dafür ist eine gut funktionierende Prozessüberwachung. Mit der Kraft-/Körperschalltechnologie und der Kombi-Box von Schwer + Kopka fühlt man sich für dieses Ziel gut aufgestellt. So wird beispielsweise ganz nach dem Motto „globalisieren und standardisieren“ der Baumann-Standort in Asien durch die asiatische Niederlassung von Schwer + Kopka mit derselben Prozessüberwachungstechnik ausgestattet.

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Frauke Finus

Frauke Finus

Leitende Redakteurin, Redaktion @blechnet.com

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