Strukturdämpfer von ACE Strukturdämpfer: Der Schlüssel für effizientere Blechumformung

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In der industriellen Metallbearbeitung kommen bei der Blechumformung zahlreiche Presswerkzeuge zum Einsatz. Um die auftretenden, tonnenschweren Kräfte abzubauen und Ausfallsicherheit sowie Langlebigkeit zu erhöhen, setzen Unternehmen Strukturdämpfer ein. Diese haben die zuvor eingesetzten Dämpfer aus Polyurethan erfolgreich abgelöst.

In der Automation die Wirtschaftlichkeit 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.

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 ihre material-immanenten Grenzen. Ist doch diese Art von Dämpfern dafür zuständig, beim Öffnen der Presswerkzeuge nach dem Pressvorgang zum einen die Halteschrauber und damit zum anderen auch die eigentlichen Werkzeuge zu schützen. Die Halteschrauber dienen dabei auch zur Hub-Begrenzung des Niederhalters, wie in Bild 1 schematisch gezeigt.

Durch die steigenden Rückhubgeschwindigkeiten nach der Blechumformung stiegen in den vergangenen zehn Jahren auch die auf die Niederhalterdämpfer wirkenden Kräfte. Die Federn aus Polyurethan (PUR) waren den neuen Bedingungen nicht gewachsen. Wie manche Betriebsleiter sagten, „zerbröselten“ sie buchstäblich nach wenigen Einsätzen, und so ließen sie die Halteschrauben, die Werkzeuge und auch die Niederhalter ohne Schutz. Die Halteschrauben rissen ab und verursachten Produktionsausfälle sowie erhebliche Reparaturkosten an den Werkzeugen. Daraufhin wandten sich einige Ingenieure, die mit dem Dämpfungsportfolio der ACE Stoßdämpfer GmbH aus Langenfeld vertraut waren, an den technischen Vertrieb und beauftragten diesen, neue Niederhalterdämpfer zu entwickeln.

Damit waren die Strukturdämpfer namens Tubus Special geboren. Als Niederhalter- und Anhebedämpfer konzipiert, haben sie am Ende eines dreijährigen Entwicklungsprozesses die Arbeit der gleichnamigen PUR-Lösungen übernommen. 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.

Strukturdämpfer für Presswerkzeuge

Obwohl die Tubus-Dämpferfamilie bereits standardmäßig aus sechs Baureihen und über 140 verschiedenen Ausführungen besteht, waren für die speziellen Anforderungen mehrere Anpassungen nötig, die nach einer intensiven, an den Kundenbedürfnissen orientierten Zusammenarbeit in den TUBUS Special genannten Komponenten mündeten. Nach Dauertests im Labor, Erprobung in ausgewählten Presswerkzeugen sowie der Berechnung von Auswahltabellen ermittelte ACE die statischen und dynamischen Kraft-Weg-Kennlinien sowie die Energieaufnahme und -absorbierung für diese Maschinenelemente auf Prüfständen, wobei die maximale Energieaufnahme der neuen Komponenten zwischen 5 Nm und 269 Nm beträgt.

Erste Statik- und Dynamiktests waren vielversprechend und konnten unter dynamischen Bedingungen in der Praxis bestätigt werden. So wurden die Ergebnisse der zuvor verwendeten PUR-Elemente um fast das Dreifache übertroffen. Dadurch muss man die Tubus Special seltener austauschen als ihre Vorgänger. Sie sorgen zudem durch die der geringeren Ausfall- und Wartungszeiten für höhere Produktivität der jeweiligen Anlagen.

Inzwischen bietet ACE noch leistungsstärkere Niederhalter- und Anhebedämpfer an, als während der Tests und ersten Serien für Halteschrauben der Größen M10 bis M30. 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 dieser können Werkzeugmacher jetzt noch leichter die Baugröße und Anzahl der Dämpfer bestimmen. Das Resultat dieser Entwicklungen: Diese Strukturdämpfer 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. Darüber hinaus bieten die Tubus-Strukturdämpfer ein attraktives Preis-Leistungsverhältnis und sind bei ACE kurzfristig ab Lager lieferbar. Durch das widerstandsfähige Festkörpermaterials haben sie andererseits 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.

Der Autor, Robert Timmerberg M. A., ist Fachjournalist in Düsseldorf.