Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung eines Keilschiebers in Leichtbauweise

Durch neue Pressenkonzepte wie die Servo-Direct Technologie sind immer höhere Produktionsgeschwindigkeiten möglich. Extreme Beschleunigungen in der Rückzugsgeschwindigkeit erhöhen die Produktivität aber auch den Verschleiß dynamisch beanspruchter Bauteile. Werkzeuge und Komponenten sind höheren Stoß- und Schwingungsbelastungen aufgrund der stark beschleunigten Massen ausgesetzt. Die Stoßdämpfungsglieder aus Polyurethan (PUR) sind nicht mehr ausreichend, um die im Auftreffstoß wirkenden Belastungen hinreichend dämpfen zu können. Mehrfaches Zurückwerfen während des Einfahrens in die Endlagen sowie eine starke Erwärmung der PUR-Federn verringern die Standzeit. Gleichzeitig ist die im Rückhub erforderliche Kraft zur Schieberbeschleunigung durch konventionelle Federantriebe insbesondere bei sehr schnellen Multiservo-Pressen nicht ausreichend. Zudem stimmen vor allem bei hängenden Schiebern Dämpfungsebene und Massenschwerpunktsebene nicht überein, verbunden mit einer hohen Momentenbelastung an den Deckleisten der Führungen. Deshalb ist es wichtig, die Schiebermasse zu reduzieren und den Masseschwerpunkt so weit wie möglich in die Dämpfungsebene zu legen.

Die Minimierung des Rückhubstoßes durch eine Reduzierung der Masse der dynamisch beanspruchten Werkzeugkomponenten ist somit Kernziel des beantragten Forschungsvorhabens. Mit der Produktivitätssteigerung des Einzelschritts wird die Geschwindigkeit ganzer Prozessketten gesteigert, sofern diese vom o.g. Umformprozess abhängen. Ebenso werden durch die verringerte Trägheit bei gleicher Beschleunigung die Kräfte beim Auftreffstoß im Arbeits- und Rückhub und somit der Verschleiß an Gleitflächen, Dämpfungselementen sowie das Risiko von Kollisionen einer ungeführten Rückhubbewegung gemindert. Sekundäre Einsparungen entstehen durch längere Standzeiten sowie leichtere und geringer dimensionierte Antriebseinheiten für den Rückhub der Schieber.

Ergebniszusammenfassung:

Das Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines Keilschiebers in Leichtbauweise, bei welchem ein Hybridaufbau aus Stahl und faserverstärktem Kunststoff realisiert wird. Der Entwicklungsprozess beinhaltet die Bestimmung des Lastkollektivs, die Ableitung und Bewertung von Konstruktionskonzepten, die Dimensionierung einer Vorzugsvariante sowie die Umsetzung und praktische Erprobung eines Forschungsfunktionsmusters.

Der Ausgangspunkt für das Projekt war und ist die technische und wirtschaftliche Problemstellung der hohen Stoß- und Schwingungsbelastung für dynamisch belastete Werkzeugkomponenten.

Durch neue Pressentechnologien und Antriebskonzepte wie z. B. die Servo-Direct-Technologie sind immer höhere Produktionsgeschwindigkeiten möglich. Diese Entwicklung hat zur Folge, dass die Werkzeuge höheren Stoß- und Schwingungsbelastungen aufgrund der stark beschleunigten Massen ausgesetzt sind. Infolge der hohen Rückhubgeschwindigkeiten des Werkzeugs wirken hohe Kräfte speziell im Rückhub auf den Schieber. Die Minimierung des Rückhubstoßes durch eine Reduzierung der Masse der dynamisch beanspruchten Werkzeugkomponenten war somit Kernziel des beantragten Forschungsvorhabens.

Im Projekt konnte gezeigt werden, dass eine Reduzierung der Schiebermasse zu einer entsprechenden Reduzierung der Schieberbelastung im Endanschlag führt. Es konnte eine Massereduzierung von 10 % für den gewählten Referenzschieber erzielt werden. Infolge der verringerten Trägheit bei gleicher Beschleunigung reduzieren sich die Kräfte beim Auftreffstoß im Rückhub in ähnlichem Maß (ca. 9%).