Strukturdämpfer: ein Schlüssel für effizientere Blechumformung

In der Automatisierung die Wirtschaftlichkeit nochmals zu steigern, war das Ziel bei einer ProgDie-Schnellläuferpresse eines namhaften deutschen Automobilherstellers. Die Anlage produziert mit 40 Presshüben bis zu 160 Karosseriebauteile pro Minute und erreicht ihre Produktionsleistung durch die Integration mehrerer Arbeitsschritte. Die Zuführung des Stahlblechs in das Presswerkzeug erfolgt direkt von der Stahlblechrolle, dem Coil, ohne das übliche vorherige Zuschneiden einzelner Blechplatinen. Das Presswerkzeug ist als Folgeverbundwerkzeug ausgelegt. Bis zu 21 aufeinanderfolgende Arbeitsschritte sind in das 50 Tonnen schwere Presswerkzeug integriert. Bei jedem Presshub erfolgen alle Arbeitsschritte gleichzeitig. Der eingelegte Stahlblechstreifen wird dabei um je einen Schritt weiter durch das Werkzeug geschoben. Durch die Integration der Arbeitsschritte erreicht die Schnellläuferpresse einen besonders guten Materialnutzungsgrad. Darüber hinaus reduziert sich der jährliche Energiebedarf gegenüber konventionellen Verfahren um rund fünf Millionen Kilowattstunden, dem jährlichen Strombedarf von 1.500 Einfamilienhäusern.

Lebensdauer und Funktionalität: Auch eine Frage des Materials

Mit der Leistungssteigerung, in der die Karosserieteile für Kraftfahrzeuge in dieser Presse hergestellt werden, gelangten Federn aus Polyurethan, die bis dato als Niederhalterdämpfer zum Einsatz kamen, an ihr Material immanenten Grenzen. Sind doch diese Art von Dämpfern dafür zuständig, beim Öffnen der Presswerkzeuge nach dem Pressvorgang einerseits die sogenannten Halteschrauber und damit anderseits auch die Werkzeuge zu schützen. Die Halteschrauber dienen dabei auch zur Hub-Begrenzung des Niederhalters, wie im Schema unten gezeigt.

Durch die steigenden Rückhubgeschwindigkeiten nach der Blechumformung stiegen auch die auf die Niederhalterdämpfer wirkenden Kräfte. Die Federn aus Polyurethan (PUR) waren diesen Bedingungen nicht mehr gewachsen. Manche Betriebsleiter berichteten, sie „zerbröselten“ buchstäblich unter den neuen Belastungen und ließen Halteschrauben, Werkzeuge und auch Niederhalter ohne Schutz. Die Folge: Halteschrauben rissen ab und verursachten Produktionsausfälle sowie Reparaturkosten an den Werkzeugen. Daraufhin wandten sich Ingenieure aus der Metallbearbeitung, die mit dem Dämpfungsportfolio der ACE Stoßdämpfer GmbH aus Langenfeld vertraut waren, an den technischen Vertrieb des Unternehmens und beauftragten diesen, neue Niederhalterdämpfer zu entwickeln. Zusammen mit der Abteilung Entwicklung und Innovation wurden darauf die Strukturdämpfer namens Tubus Special geboren. Als Niederhalter- und Anhebedämpfer konzipiert, gelang es ACE am Ende eines dreijährigen Entwicklungsprozesses mit den neuen Strukturdämpfern die Arbeit der PUR-Lösungen beim Niederhalten und Anheben zu übernehmen.

Im direkten Vergleich sind die aus Co-Polyester Elastomer gefertigten Tubus von ACE dem PUR-Werkstoff hinsichtlich Dämpfungseigenschaften und Lebensdauern deutlich überlegen. „Für uns ist es selbstverständlich, unseren Kunden für spezielle Anforderungen spezifische Lösungen anbieten zu können. Häufen sich die Anfragen kann daraus – wie in diesem Fall – eine komplett neue Baureihe entstehen“, so Thorsten Kohnen, Tubus-Produktmanager von ACE.

Wo findet man Dämpfungslösungen? Überall dort, wo sich etwas bewegt.
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Zur Serienreife gebracht: Strukturdämpfer für Presswerkzeuge

Obwohl die TUBUS-Dämpferfamilie bereits standardmäßig aus sechs Baureihen und über 140 verschiedenen Ausführungen besteht, waren für die speziellen Anforderungen bei der Blechumformung in Materialfestigkeit und Größe zahlreiche Anpassungen nötig, die nach intensiver, an den Kundenbedürfnissen orientierter Zusammenarbeit in den neuen TUBUS Special Maschinenelementen mündeten. Nach intensiven Tests an Horizontal- und Vertikalprüfständen am Unternehmensstandort Langenfeld, der Erprobung in ausgewählten Presswerkzeugen der Kfz-Industrie sowie im Zuge der Berechnung von Auswahltabellen ermittelte ACE die statischen und dynamischen Kraft-Weg-Kennlinien sowie die Energieaufnahme und -absorbierung für diese Komponenten.

Erste Statik- und Dynamiktests waren vielversprechend und konnten unter dynamischen Bedingungen in der Praxis bestätigt werden, wobei die maximale Energieaufnahme zwischen 5 Nm und 269 Nm beträgt. Mit solchen Werten wurden die Ergebnisse der zuvor verwendeten PUR-Elemente um fast das Dreifache übertroffen. Dadurch müssen Tubus Special seltener ausgetauscht werden als ihre Vorgänger und sorgen dank der geringeren Ausfall- und Wartungszeiten für höhere Produktivität der jeweiligen Anlagen.

Es gelang ACE darauf, noch leistungsstärkere Niederhalter- und Anhebedämpfer als während der Tests anzubieten und der Industrie auch erste Serien für Halteschrauben der Größen M10 bis M30 zur Verfügung zu stellen. Als zusätzlichen Service hat das TUBUS-Team von Thorsten Kohnen im Verlauf der Produktentwicklung für jede Dämpfungstype eine Auswahlmatrix für das beauftragende Unternehmen erstellt. Anhand derer können Werkzeugmacher noch leichter die Baugröße und Anzahl der Dämpfer bestimmen. Das Resultat dieser Entwicklungen: TUBUS Special werden inzwischen von allen namhaften Automotive-Herstellern in Werken rund um den Globus bei der Blechumformung genutzt.

Spielraum für anspruchsvolle Konstruktionen

Bei einer genauen Betrachtung der Tubus erklärt sich schnell, warum diese Produktserie aus dem Bereich der Dämpfungstechnik von ACE mehr als 140 verschiedene Typen aufweist. So gibt es bereits standardmäßig Modelle mit axialen, degressiven, linearen, progressiven und radialen Kennlinien. Diese Vielfalt bei der Absorption von Energie wird durch weltweit einzigartige Fertigungsschritte erzeugt. Die Überlegenheit der Hochleistungslösungen aus Co-Polyester Elastomer gegenüber den vorher genutzten PUR-Materialien liegt in der Veränderbarkeit des Werkstoffes. Auch falls, wie im vorliegenden Fall, wenig Einbauraum zur Verfügung steht, empfehlen sie sich für den Gebrauch. Sie kommen immer dann zum Einsatz, wenn es nicht auf punktgenaues Abstoppen ankommt. Die ingenieurstechnische Leistung bestand in diesem Fall darin, ihre auf 1 Million Lastwechsel ausgelegte Lebensdauer noch einmal zu erweitern.

Werden noch höhere Ansprüche an die Dämpfungseigenschaften gestellt, bietet ACE zudem Klein- und Industriestoßdämpfer. Deren Einsatz ist vor allem dann sinnvoll, wenn es auf rückprallfreies Abstoppen ankommt. Zudem lassen sich gerade mit Kleinstoßdämpfern noch größere Lebensdauern von bis zu 25 Millionen Hüben erzielen. Tubus-Strukturdämpfer überzeugen Anwender und Einkäufer auch durch das attraktive Preis-Leistungsverhältnis. Sie bieten dank des widerstandsfähigen Festkörpermaterials zudem den Vorteil, selbst in aggressiven Umgebungen und Extremsituationen zuverlässig ihren Dienst zu verrichten. So sind sie resistent gegen Meerwasser, Chemikalien, UV und Ozon. Kompakte Bauform und schnelle Montage runden das Vorteilspaket ab.

www.ace-ace.de

Bilder: ACE Stoßdämpfer GmbH