Einsatz von Profilschienen­führungen als Stößelführung an Pressen

Zielstellung

Wie in vielen anderen Produktionsbereichen existiert auch in der Umformtechnik der Trend zu genaueren Teilen, um die Anzahl der an der Herstellung beteiligten Fertigungsschritte zu verringern. Infolgedessen wird nach Möglichkeiten gesucht, die Ungenauigkeiten am Werkstück durch Änderungen an der Maschinengestaltung zu verringern. An Umformmaschinen resultieren Werkstückungenauigkeiten unter anderem aus dem Versatz und der Kippung des Pressenstößels. Obwohl spielfreie Stößelführungselemente zu deren Minderung beitragen können, werden zur Stößelführung gegenwärtig größtenteils spielbehaftete Gleitführungen eingesetzt. Die seit kurzem am Markt verfügbaren Profilschienenführungen (PSF) der Baugrößen 100 und 125 sind besonders für den Einsatz unter großen Belastungen und somit auch für den Einsatz in Umformmaschinen geeignet.

Ziel des Projektes war es, Auslegungskriterien für Profilschienenführungen zum Einsatz in Umformmaschinen zu schaffen und mögliche Genauigkeitserhöhungen durch den Einsatz von PSF nachzuweisen.

Lösungsweg

Für die Dimensionierung von PSF ist es unerlässlich, die vorliegenden Belastungen an der Führung zu ermitteln. Im konventionellen Umformmaschinenbau erfolgt dies statisch unter Berücksichtigung von, aus Erfahrung vorliegenden Sicherheitsfaktoren. Mit Hilfe der Simulation im Zeitbereich ist die Ermittlung von dynamischen Führungsbelastungen an Umformmaschinen bereits in der Konstruktionsphase möglich.

Am IWM wurden Simulationsmodelle erstellt, mit denen sowohl die Führungsbelastungen (Bild 1) als auch der Stößelversatz an Umformmaschinen ermittelt werden können. Experimentelle Untersuchungen von Referenzmaschinen, durchgeführt vom IFUM der Universität Hannover, dienten zum Abgleich der Simulationsmodelle.

Da nur sehr begrenzte Erfahrungen bezüglich der Lebensdauer von PSF in Umformmaschinen vorliegen, wurden im zweiten Projektteil auf einem, am IWM entwickelten und gefertigten, Versuchsstand Lebensdauerversuche an PSF unter pressentypischer Belastung durchgeführt (Bild 2).

Ergebnisse

Mit Hilfe der erstellten Simulationsmodelle konnte gezeigt werden, dass mit dem Einsatz von PSF als Pressenstößelführung die Genauigkeit im Vergleich zu anderen Führungsarten erhöht werden kann (Bild 3). Wie zu erwarten, wurde im Ergebnis der Lebensdauerversuche festgestellt, dass die nach üblichen Verfahren berechnete Lebensdauer bei pressentypischer Belastung nicht erreicht wird. In der Konsequenz wurde aus den Versuchsdaten ein Korrekturfaktor ermittelt, der für PSF- Dimensionierung verwendet werden kann. In Verbindung dessen mit der Simulation sowie FEM-Analysen zur thermischen Dehnung und zur Verformung wurde ein Verfahren entwickelt, das die Dimensionierung von PSF bei Berücksichtigung sowohl der Prozess- als auch der Zwangskräfte ermöglicht. Als Alternative wurden Möglichkeiten aufgezeigt, die ohne die FEM und die Simulation zum, wenn auch weniger genauen, Ergebnis führen. Weiterhin wurde eine einfache Methode zur Versteifung von Rollen-PSF bei der Montage entwickelt, die bei hohen Belastungen durch günstigere Abwälzbedingungen eine Lebensdauererhöhung von bis zu 20 Prozent bewirkt.

Kontakt

© Crispin-Iven Mokry

Research associate

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Mr Dr.-Ing. Jens Müller

Head of the department Control and Feedback Control Systems

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