Elektropressen mit Kraft-Weg-Überwachung arbeiten auf einen hundertstel Millimeter genau

In der Montage von Getriebebauteilen ist das Pressen ein traditionelles und bis heute unverzichtbares Fügeverfahren. Weil sich über die aufgebrachte Kraft verschiedenste Komponenten dauerhaft verbinden lassen, finden sich Pressapplikationen in nahezu jeder Branche wieder. So auch bei dem Torantriebshersteller GfA ELEKTROMATEN GmbH & Co. KG aus Düsseldorf. Der presst unter anderem Schneckenräder und Kugellager auf die Hohlwellen der Getriebe für seine rund 5000 verschiedenen Antriebsvarianten auf.

„Wir haben im vergangenen Jahr unsere Fertigung nach Industrie 4.0-Maßstäben neu ausgerichtet und das modellbezogene exakte Verpressen der Bauteile seit dem um die automatische und nachweissichere Dokumentation der Parameter Presskraft und Wegstrecke ergänzt“, berichtet der Leiter der Montage bei GfA, Willi Hanen.

Durch das Einscannen eines Barcodes startet der Fügeprozess und eine völlig neuartige Presse ruft daraufhin die für das jeweilige Bauteil erforderlichen Parameter ab. Sobald der Mitarbeiter die manuell vorgefügten Komponenten in den von einem Lichtvorhang abgesicherten Arbeitsbereich der Spindel legt, werden die Komponenten auf Knopfdruck mit größter Präzision verpresst. Das Aufpressen der Schneckenräder und Lager ist ein wichtiger Montageschritt, doch GfA hätte seine bisherigen Hydraulikpressen nur mit einem sehr hohem Um- und Nachrüstaufwand an seine neuen Bedürfnisse anpassen können. Anstatt die hydraulischen Maschinen mit zusätzlichen Messsystemen und spezieller Software in intelligent vernetzte und datenfähige Pressanlagen zu transformieren, entschied sich Hanen für eine „dynamische Lösung mit Genen aus der modernen Schraubtechnik“: Zunächst versuchsweise installierte das Düsseldorfer Unternehmen als Alternative zu den Hydraulikpressen eine PST-Einheit von Atlas Copco Tools. Diese Servopresse versprach höhere Genauigkeit, mehr Prozesssicherheit und mit Pressspindel-Verfahrgeschwindigkeiten von bis zu 500 mm/s (Millimetern/Sekunde) große Schnelligkeit und Wirtschaftlichkeit. „Dass sie außerdem durch ihren sauberen rein elektrischen Betrieb keine Öl- und Filterwechsel mehr brauchte, kam als umweltschonender Aspekt noch hinzu“, freut sich der Montageleiter.

Lineare Erweiterung

Das Herzstück der PST ist eine modifizierte Elektro-Schraubspindel aus der QST-Serie, die sich bereits vieltausendfach in Montagesystemen für sicherheitskritische und dokumentationspflichtige Verschraubungen bewährt hat. Der Unterschied zu den schraubenden Versionen liegt darin, dass PST-Spindeln die Rotation in eine Linearbewegung verwandeln, die sie über eine Planetenrollengewindespindel in axiale Richtung übertragen. So haben die Schweden das Wirkprinzip eines elektrischen Schraubsystems, das Drehmoment und Anziehwinkel präzise steuert und überwacht, in linearer Richtung auf die Kenngrößen Verfahrweg und die Kraft erweitert.

Kraft-Weg-Überwachung – Robust und doch sensibel

Willi Hanen unterstreicht, dass eine PST-Servopresse die Presskraft extrem genau dosiert aufbringt. Ebenso wichtig sei für die optimale Funktion der Getriebe die Einhaltung der Tiefenparameter. Bei der spiele die bedienerfreundliche Hydraulik-Alternative ihre Vorteile voll aus: „Die Einpresstiefe der PST können wir auf einen hundertstel Millimeter genau einstellen und die Mess-Sensorik der elektrischen Spindel ist äußerst sensibel.“ Daraus zieht die Produktion bei GfA einen wertvollen konkreten Nutzen. Denn sollte beispielsweise ein Störteil zwischen die zu fügenden Teile gelangen, würde selbst bei maximaler Presskraft der vorgegebene Verpressweg nicht vollständig erreicht. „Nach unserer Praxiserfahrung erkennt die feinfühlige Elektronik absolut zuverlässig derartig geringe Abweichungen und stoppt den Fügeprozess!“

Intelligent vernetzte Montage

Schon im Pressvorgang selbst erfasst die PST-Steuerung vom Typ PowerMACS 4000 die Fügedaten, dokumentiert sie rückverfolgbar und überführt sie via Open Protocol an das Enterprise Ressource Planning System (ERP) von GfA. „Über diese geschlossene Kette der Datenerfassung sammeln wir alle qualitätsrelevanten Informationen, um sie zu analysieren und nutzbar zu machen“, bekräftigt der Montageleiter. „Dabei war das Einbinden ganz problemlos und für die vollständige Integration der Pressen in unser bestehendes System ist keinerlei zusätzliche Hard- und Software nötig“, erkennt Hanen an.“ Darüber hinaus bestehe volle Kompatibilität zu Atlas Copcos Diagnoseprogramm ToolsNet, was über die Analyse der Pressergebnisse hinaus zusätzliche detaillierte Reports und Diagnosen auch für Schraubtechnik-Daten ermöglicht.

Bessere Qualität durch Rückverfolgbarkeit aller Pressdaten

 „Durch das Zusammenführen der Daten mit den Seriennummern und Fotos der gefügten Bauteile können wir über alle Montageschritte hinweg verlässlich nachweisen, dass unsere Getriebe gemäß den Vorgaben gefertigt wurden. Mindestens genauso wichtig ist für Hanen jedoch die Auswertung der über das PST-System gewonnenen Montagedaten: „Damit können wir unsere Prozesse noch weiter optimieren und Nacharbeit wird ausgeschlossen.“

Aus Hanens Sicht bringen die modularen PST-Systeme mit Kraft-Weg-Überwachung noch weitere Vorteile für den Montageprozess: „Während wir mit diesen flexiblen Geräten unsere ausgesprochen hohe Varianz an Getrieben perfekt abbilden können, geben die PSTs unseren Mitarbeitern in der Linie durch optische Signale jederzeit Informationen zum Prozessstatus und leiten Sie so durch den gesamten Fügevorgang. Zudem sind PSTs mit 70 dB/a sehr leise und bis zu 90 Prozent energieeffizienter als ihre hydraulischen Vorgänger. Auch darum haben wir mittlerweile alle vier Getriebebaulinien mit diesen bis zu 100 kN (Kilonewton, das entspricht rund 10 Tonnen) starken Pressen ausgestattet.“