Durch Stanzpaketieren produzierte Bauteile wie Schließzylinder, Zahnräder oder Pleuel substituieren spanend gefertigte Werkstücke. Da bei diesem Verfahren sehr kleine Toleranzwerte eingehalten werden, kann der Anwender meist auf Nachbearbeitung verzichten.
Herbert W. Reinfried und Jürg W. Messerli sind Mitglieder der Geschäftsleitung der FAES Werkzeug- und Maschinenbau AG in Wollerau/Schweiz
Eine wirtschaftliche Lösung zum Herstellen einbaufertiger Präzisionsteile bietet das Stanzpaketieren. Bei diesem Verfahren werden im Werkzeug von Schnellstanzautomaten kompakte Pakete aus geschichteten Blechlamellen produziert. Die einzelnen Lamellen werden dabei in einer sehr schnellen Folge durch herausgepreßte Noppen verschiedener Ausführung miteinander verbunden.
In den letzten Jahren wurde diese Technik von verschiedenen Werkzeugherstellern soweit verfeinert, daß im industriellen Fertigungsprozeß auch sehr dünne Bleche von unter 0,35 mm Dicke zu verbinden sind.
Das mögliche Produktspektrum reicht von Zahnrädern und Schließzylindern über Uhrenschalen bis zu Steuerkurven und Pleueln. Entsprechende Bauteile finden Anwendung im Automobilbau, in Textilmaschinen und Haushaltsapparaten, in der Elektrotechnik, Unterhaltungselektronik und Sicherheitstechnik. Am häufigsten wird das Verfahren allerdings zum Herstellen magnetischer Blechpakete angewandt. Dies ist insbesondere dort der Fall, wo Elektroblech ab Coil zu Paketen für Statoren, Rotoren, Magnetkernen und dergleichen verarbeitet wird.
Relativ neu und außerhalb der Elektroindustrie noch wenig verbreitet ist der Einsatz des Stanzpaketierens als wirtschaftliche Alternative zu anderen spanlosen Fertigungsverfahren wie Feinstanzen, Schmiedepressen, Pulverpressen (Sintern) und Druckgießen oder zu spanabhebenden Techniken wie Fräsen, Drehen und Bohren. Und dies, obwohl die Vorteile der Schichttechnologie nicht von der Hand zu weisen sind: So können mit entsprechend konzipierten Hochleistungswerkzeugen nicht nur Elektrobleche, sondern ganz unterschiedliche Bandmateriallegierungen wie etwa Chromstahl mit Dicken von über 0,1 mm in einem Arbeitsgang zu Fertigteilen verarbeitet werden.
Selbst sehr harte Materialien lassen sich zu gebrauchsfertigen Werkstücken mit Dicken bis etwa 50 mm paketieren. Bei Verwendung von 0,2 mm dickem Blechband wird an den gestanzten Flächen, quer zur Schichtung, die Rauheitsklasse N7 erreicht – und dies völlig ohne Nachbearbeitung.
Das Stanzpaketieren gibt dem Anwender die Möglichkeit, kleine Löcher und Konturen auf 50 mm Höhe und in ISO Qualität IT7 auszuführen. Dank moderner Steuerungstechnik ist er sogar in der Lage, Werkstücke mit variabler Innen- oder Außenkontur zu fertigen. Konturveränderungen können flexibel, durch schiebergesteuertes Zuschalten von Stempeln, programmiert werden. Weiterhin ist es möglich, im gleichen Arbeitsgang eine Querbohrung zu machen oder einen runden Stabkern mit längsgeschichteten Blechlamellen herzustellen.
Überwachung schützt Werkzeuge vor Havarie und Schäden
Die stanzpaketierten Teile lassen sehr hohe Zugkräfte in Richtung der Lamellen zu, da das verwendete Material im Kaltwalzprozeß stark verfestigt wurde. Bei Bedarf können die spanlos geformten Pakete nachfolgend durch Kleben, Löten im Durchlaufofen, Schweißen oder Vernieten zu einem homogenen Festkörper verbunden werden.
Die zur Produktion der Teile eingesetzten Werkzeuge der jüngsten Generation zeichnen sich aus durch
– kompakte Bauweise,
– Wartungsfreundlichkeit,
– die Verwendung hochwertiger Werkstoffe und
– ihre auf wirtschaftliche Produktion ausgelegte CAD-Konstruktion.
Die Schneidteile der Werkzeuge sind aus Hartmetall, das in seiner Zusammensetzung auf das zu verarbeitende Bandmaterial abgestimmt ist.
Die Werkzeuge sind nicht ganz billig: Die Kosten liegen ungefähr zwischen 40000 DM für sehr einfache und 250000 DM für aufwendige Ausführungen. Eine hochentwickelte Überwachung schützt sie vor Havarie oder Schäden. So messen Sensoren in der Abstreiferplatte die Parallelität und stoppen die Presse bei der geringsten Abweichung. Eine Lichtschranke überwacht den Vorschub und verhindert mögliche Fehlstanzungen.
Der erfolgreiche Einsatz der Hartmetall-Stanzpaketierwerkzeuge setzt bestimmte Mindestanforderungen an Presse und Peripherie voraus, zum Beispiel in puncto Präzision – schließlich wird in der Regel mit Hubzahlen von über 600 min-1 produziert, und dies nicht selten rund um die Uhr. Zu einer typischen Stanzpaketierlinie gehören Abrollhaspel mit Antrieb, (Fein-)Bandrichtwerk, eventuell Blechdicken-Meßgerät, Bandvorschub, Bandschmierstation, Schnellstanzautomat mit CNC-Steuerung, Paketiersteuerung, und Paketierwerkzeug. Hinzu kommen Transportbänder für die Abfuhr der Pakete und der Stanzabfälle. Letztere sind bei diesem Verfahren relativ gering.
Der Vergleich mit anderen Herstellverfahren kubischer Präzisionsteile macht eines deutlich: Bei fertigungsgerechter Konstruktion der Werkstücke birgt die Schichttechnologie dank optimierter Materialausnutzung und einer Produktionsfolge im Sekundentakt ein enormes Sparpotential. Aus wirtschaftlichen Gründen rechtfertigt sich jedoch ihr Einsatz im Normalfall nur für die Produktion von Massenteilen mit hohen Ansprüchen an Genauigkeit und Festigkeit.
In besonderen Anwendungsfällen ist das Einsparpotential aber derart hoch, daß sich ein Einsatz bereits ab einer Stückzahl von 10000 rechnet. Ein entsprechendes Produktbeispiel sind Schließzylinder. Deren Höhe beträgt 6 mm, die Banddicke 0,5 mm. Bei einer Hubzahl von 600 min-1 und Vierfach-Belegung des Werkzeugs entstehen 200 Teile pro Minute. Verglichen mit einer spanabhebend gefertigten Ausführung, können diese um etwa 50 % kostengünstiger produziert werden.
Bisher allerdings wird das mögliche Anwendungsspektrum der Schichttechnologie nur teilweise genutzt, und entsprechend groß ist das brachliegende Rationalisierungspotential. Das Verfahren ist ausgereift – gefragt sind innovative und wertanalytisch denkende Produktentwickler und Konstrukteure.
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