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Roemheld Spanntechnik für die Blechumformung im Vergleich

Autor / Redakteur: Andreas Reich / M.A. Frauke Finus

Müssen Umformwerkzeuge an Pressen aufgrund von geringen Losgrößen 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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Der Einsatz der Magnetspanntechnik als Schnellwechselsystem ist dann die erste Wahl, wenn die Werkzeuge in Geometrie und Größe stark variieren und häufig gewechselt werden müssen.
Der Einsatz der Magnetspanntechnik als Schnellwechselsystem ist dann die erste Wahl, wenn die Werkzeuge in Geometrie und Größe stark variieren und häufig gewechselt werden müssen.
(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.

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.

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Rüstzeiten verkürzen

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.

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.

Festmontierte Spannleisten

Sind alle Werkzeuge gleich groß, bieten sich festmontierte 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-Nutenschrauben 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 erzielen.

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 Volt-Variante wurden die Haltekräfte auf bis zu 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 sind, entfallen 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 besitzt 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 kN 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 Anwendungsfall können kurze Spann- und Lösezeiten, ein hoher Automatisierungsgrad, große Spannkräfte oder die Flexibilität der Elemente entscheidend sein. Der tabellarische Vergleich deckt die Unterschiede zwischen den einzelnen Techniken schnell auf.

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