Universalpresse für Getriebegehäuse

Universalpresse für Getriebegehäuse
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Mit einer Presse lassen sich alle Pressvorgänge durchführen.
21.06.2013 | Produktwechsel ohne Umrüstung dank optoelektronischer Sensoren von Balluff.

Aufgabenstellung
 
Im Zuge eines Strategiewechsels beabsichtigte der Automobilzulieferer ZF Friedrichshafen AG in der Getriebefertigung das konventionelle Montageband für automatisierte Nutzfahrzeuggetriebe zugunsten eines Mix-Montagebandes zu ersetzen. Gleichzeitig gefertigt werden sollten dort nicht nur die bisherigen AS Tronic 2 Getriebe in ihrer langen und kurzen Variante, sondern auch die neue Getriebegeneration TraXon EL 40, ebenfalls in einer Lang- und Kurzversion. Hierzu wurde eine Universalpresse benötigt, die Lagerschalen, Lagerinnenringe und Bolzen bzw. Hülsen im Mischbetrieb einpresst. Der mittelständische Sondermaschinenbauer NMH GmbH + Co KG aus Hohentengen im Landkreis Sigmaringen erhielt nach einer Ausschreibung für sein neuartiges und innovatives Konzept einer Universalpresse den Zuschlag für die Realisierung.
 
Getriebelösungen von ZF sind bei Nutzfahrzeugherstellern wie IVECO, DAF, MAN, Renault und Volvo erste Wahl, wenn es um automatisches Schalten geht. Gründe für diesen Erfolg sind die einfache Bedienbarkeit und die hohe Wirtschaftlichkeit. Die automatischen Getriebelösungen halten den Motor stets im optimalen Drehzahlbereich, so dass die Leistung sehr effizient auf die Antriebsachsen übertragen wird. Das spart Kraftstoff, gleichzeitig erhöhen sich Komfort und Sicherheit. Verbunden ist dies mit weniger Verschleiß an Kupplungen und Antriebsstrang, da die Gänge immer im richtigen Moment ohne Einkuppelstöße und Lastwechselschläge eingelegt werden.
 
Aus zwei mach eins
 
"Das Revolutionäre an unserer neuen Lösung ist", so Dipl.-Ing. Stephan Wahl, Vertriebs- und Marketingleiter bei NMH, "dass wir die bisherige angedachte Lösung, die aus zwei vollkommen entkoppelten Prozessstationen bestand, durch eine einzige Pressstation ersetzen konnten. D. h. geplant waren zwei Pressen, die zuerst von oben und anschließend von unten die Komponenten in das Gehäuse einpressten. Heute können wir diese Aufgabe sequentiell und erstmals auch im Mischbetrieb mit einer einzigen Anlage erledigen. Und der besondere Clou: Bei einem Produktwechsel rüstet sich unsere Presse sogar in der Prozessnebenzeit innerhalb einer Sekunde vollautomatisch". Lichttaster BOS 23K mit Hintergrundausblendung und Laser-Miniatursensoren BOSQ08M, beide vom Sensorspezialisten Balluff, erkennen sicher das jeweils eingelegte Produkt und die korrekte Teilebestückung.
 
Die Vorteile des neuen Anlagenkonzeptes sind auf den ersten Blick erkennbar: Der Platzbedarf hat sich nahezu halbiert und die Wege, die der Werker bei seiner Arbeit zurücklegen muss, sind ebenfalls deutlich kürzer. Die Prozesszeit beträgt nur noch 15 statt 30 Sekunden. Und last but not least konnte NMH die Anlage preislich attraktiver anbieten, da jetzt eine Presse für alle Einpressprozesse genügt.

Einpresskräfte exakt dosieren

Einpresskräfte exakt dosieren
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Lichttaster BOS 23K mit Hintergrundausblendung erkennen sicher das jeweils eingelegte Produkt und die korrekte Teilebestückung

Angetrieben wird die neue Anlage von einem Servospindelantrieb. „Diese Antriebsform bietet für eine solche Applikation viele Vorteile gegenüber anderen geregelten Achsen, wie z.B. einem hydraulischen Antrieb“, erklärt Wahl von NMH. Dann fährt er fort: „Es lassen sich Fahrwege und Einpresskräfte exakt definieren, Einpress- und Kraftüberwachungsfenster definieren, Zielpositionen auf wenige Hundertstel Millimeter ansteuern oder auch in Echtzeit manipulieren, was sich dann in einer hohen Produktqualität plus Prozesssicherheit widerspiegelt. Weitere Pluspunkte sind die hohe Leistungsdichte bei kompakter Bauform sowie eine hohe Dynamik, die es erlaubt, im Prozess extrem schnell zu beschleunigen oder auch abzubremsen, was für das Erreichen geringer Taktzeiten relevant ist. Wir können so leicht verschiedene Verfahrsätze mit verschiedenen Geschwindigkeitsstufen realisieren“.
 
Die NMH-Presse verfügt über eine definierbare Presskraft von 10 bis 150 kN und über einen Hub von 300 mm. Die Steuerung und Meßwertverwaltung erfolgt automatisiert und komfortabel mittels Touch-Bedienpanel oder auch als Remotezugriff per Fernwartung. Der Einpressvorgang ist frei programmierbar und Kraft-Weg-überwacht, somit werden Fehler im Ablauf sofort erkannt. Dazu werden die Sollwerte als Fenster vorgegeben. Falls der Istwert, des gemessenen Kraft-Weg-Verlaufs, einmal außerhalb der vorgegebenen Fenster verläuft, weil beispielsweise etwas am Lagersitz nicht stimmt, stoppt die Steuerung sofort automatisch den Pressvorgang und die Presse fährt in die Grundstellung zurück. Das Schlechtteil wird dann ausgeschleust und kommt zur überprüfung und wenn möglich zur Nachbearbeitung. Zur Qualitätssicherung wird für jedes gefertigte Teil das Kraft-Weg-Diagramm protokolliert, wobei die Identität mittels Barcode-Etikett direkt am Werkstück hinterlegt ist.
 
Arbeitsablauf
 
Die Abläufe in der Anlage muss man sich folgendermaßen vorstellen: Das Getriebegehäuse wird auf die Rollenband-Zufuhr der Einlassseite eingelegt. Der Werker bestückt auf der   Oberseite manuell die Lagereinpressstempel mit zwei Kegelrollenlagern und legt auf der Unterseite die untere Lagerschale sowie zwei Bolzen bzw. Hülsen in die dortigen Aufnahmen ein. Anschließend schiebt er das Werkstück soweit in die Anlage ein, bis es einrastet: Ein induktiver Sensor an der Rastklinge mit Endlagendämpfung signalisiert das Vorhandensein und die korrekte Lage des Gehäuses.
 
Im "Obergeschoß" überprüfen zwei BOS 23K Lichttaster mit Hintergrundausblendung (HGA) die Anwesenheit des linken und des rechten Kegelrollenlagers. Ein dritter Sensor gleichen Typs ist für die Gehäusetyperkennung zuständig und meldet, ob es sich um ein AS Tronic 2 oder TraXon EL 40 Gehäuse handelt.
 
Im "Untergeschoss" kontrollieren zwei Laser-Einweglichtschranken BOS Q08M, ob die zwei Bolzen bzw. Hülsen korrekt eingelegt sind, eine weitere, ob das Rollenlager eingelegt und eine vierte, ob es sich um ein TraXon EL 40 Gehäuse handelt.
 
Handelt es sich um ein TraXon EL40 Gehäuse, ist eine zusätzliche Abfrage notwendig, denn die Lagerschalen der TraXon EL 40-Getriebe haben einen kleinen Stift als Verdrehsicherung. Um ein Abscheren des Stiftes beim Pressvorgang zu vermeiden, muss der Werker das Lager beim Einlegen radial korrekt ausrichten. Ein induktiver Sensor, ebenfalls von Balluff, überprüft dann, ob der Stift korrekt in der vorgesehenen Aussparung liegt und somit das Lager richtig eingelegt ist. Ist dies der Fall, drückt das Lager einen kleinen Bolzen hoch, der einen induktiven Sensor betätigt. Erst wenn dieser Sensor schaltet, erfolgt die Freigabe für den Pressvorgang. Nach Betätigung des Startknopfes senkt sich die Schutzeinrichtung. Die Indexierung fährt herunter und fixiert das Gehäuse.
 
Eine Aushebeeinheit hebt das Gehäuse an, gleichzeitig senkt sich das Rollenband nach unten ab und eine seitliche Abstützung wird ausgefahren. Die Spindel fährt das Oberteil der Presse im Eilgang nach unten, um dann 3 mm vor der unteren Position zu stoppen.
 
Um den Einpressvorgang zu erleichtern, werden die beiden Lagerschalensitze an der Oberseite automatisch mit einem Sprühnebel aus öl benetzt. Daraufhin fährt das Oberteil der Presse im Krafthub nach unten und presst die beiden Kegelrollenlagerschalen auf Block in das Gehäuse. Dabei stützt ein überfederter und hydraulisch geklemmter Gegenhalter das Gehäuse von oben ab. Hierbei wird über einen hydraulisch pneumatischen Kraftübersetzer ein hydraulischer Druck von 200 bar erzeugt, der hydraulische Klemmhülsen im Gegenhalter aktiviert.
 
Im Anschluss daran bewegt sich das Oberteil der Presse mit den Einpressstempeln nach oben, um die seitlichen Abstützungen einfahren zu können. Anschließend fährt es bis 3mm vor dem Startpunkt des Einpressvorgangs wieder nach unten. Die untere Lagerschale sowie die beiden Bolzen/Hülsen werden nun in das Gehäuse eingepresst. Ein intelligenter Ausgleich kompensiert dabei in Echtzeit potentielle Bauteiltoleranzen.
 
Nach den Einpressvorgängen geht die Presse zurück in die Grundstellung, Rollenband und Indexierung fahren hoch. Sobald die gesamte Presse sich in Grundstellung befindet, öffnet sich die Schutzvorrichtung. Das Gehäuse kann aus der Presse bis zur Anschlagsleiste am Ende des Rollenbandes herausgeschoben werden.

Optoelektronische Multitalente - auch im Miniaturformat

Optoelektronische Multitalente - auch im Miniaturformat
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Mit dem BOS 23K, einem Lichttaster mit Rotlicht LED und HGA, haben sich die Konstrukteure von NMH für einen besonders leistungsfähigen Sensor mit einer Tastweite von bis zu 1,2 Metern entschieden. "Seine besondere Stärke ist", so Andreas Hummler, Konstrukteur bei NMH, "die sichere Detektion von Objekten mit unterschiedlichen Oberflächen aus größerer Entfernung. Dafür ist er die ideale Besetzung, denn dies klappt selbst bei glänzenden oder dunklen Objekten vor stark reflektierenden Hintergründen, wie den Lagerschalen, Bolzen und Hülsen in der Anlage“. Das Handling des Sensors, dessen Grauwertverschiebung bei einer Tastweite von 800 mm lediglich 3% beträgt, ist einfach und praxisgerecht. Dank seines gut sichtbaren und scharf abgegrenzten Lichtflecks lässt er sich auch bei Tageslicht leicht ausrichten. Die gewünschte Tastweite wird über ein 18-Gang-Potenziometer mit komfortablem Anzeigefenster eingestellt.
 
Für seinen Einsatz in rauen Umgebungen wie in der Universalpresse ist der Sensor, dessen Ausgang wahlweise zwischen Ausgang und öffner umschaltbar ist, bestens gerüstet. Dazu verfügt er über ein robustes, glasfaserverstärktes Kunststoffgehäuse in der Schutzart IP 67 und IP 69K. Ein seitlicher Optikschutz verhindert außerdem ein mögliches Beschädigen der Fresnellinsen.
 
Deutlich kleiner als die Lichttaster mit HGA sind die zur Objekterkennung im Untergeschoss von NMH eingesetzten Laser-Einweglichtschranken der Balluff Baureihe BOS Q08M im robusten, kubischen Metallgehäuse der Schutzklasse IP 67. Hierbei handelt es sich um besonders kleinbauende Miniatursensoren. Sie bestechen nicht nur durch ihre besonders kompakte Bauform von 44 x 8 x 8 mm, sondern auch durch hohe Präzision. Mit ihrem scharf gebündelten Laserstrahl erkennen sie selbst kleinste Teile von bis zu 0,28 mm mit einer Schaltfrequenz von 400 Hz. "Wir setzen sie überall dort ein", so Stephan Wahl, "wo Bauteile mit wenig Raumanspruch, geringem Gewicht und hoher Schaltpräzision für wiederholgenaues Positionieren gefragt sind."
 
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NMH GmbH + Co KG gehört zu den „Hidden Champions“ für komplexe Mess-, Spann-, Einpress- und Montageanlagen und beschäftigt 110 Mitarbeiter in 3 Werken am Standort Hohentengen in Oberschwaben. NMH bietet über die ganze Wertschöpfungskette hinweg komplette Lösungen. Von der Planung über die Fertigung bis hin zur Montage und Service bildet NMH alles ab. Nahezu alle deutschen Premium-Fahrzeughersteller und deren Zulieferer zählen zu den Kunden des mittelständisch geprägten Unternehmens. www.nmh.de
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Die Balluff GmbH ist ein führender, global tätiger Sensorspezialist und Connectivity- Anbieter mit mehr als 2.450 Mitarbeitern. Das Unternehmen führt ein komplettes Sortiment an hochwertigen Sensoren, Wegmess- und RFID-Systemen sowie  Networkinglösungen für alle Bereiche der Fabrikautomation. Gefertigt wird nicht nur im Stammhaus in Neuhausen a. d. Fildern in der Nähe von Stuttgart, sondern auch in weiteren modernen Produktionsstätten in Ungarn, der Schweiz, den USA, Brasilien und China.


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