Servopressen: Anwendungen und Vorteil

Bei Pressen denkt man häufig zuerst an hydraulische oder pneumatische Systeme. Bei Anwendungen mit hohen Anforderungen an Präzision, Wiederholgenauigkeit und Qualitätsnachverfolgung haben Servopressen in den letzten Jahren jedoch an Bedeutung gewonnen. Dieser Artikel erklärt die Technik, typische Einsatzgebiete und die Grundlagen der richtigen Auslegung.

Was ist eine Servopresse?

Eine Servopresse ist ein elektromechanisches Presssystem mit Kugel- oder Planetenrollengewindetrieb und Servomotor anstelle eines Hydraulikzylinders. Der Unterschied liegt auch im Steuerungskonzept: Während die Hydraulikpresse druckorientiert arbeitet, regelt die Servopresse Kraft und Position im geschlossenen Regelkreis. Während des Pressvorgangs sind aufgebrachte Kraft und aktuelle Position gleichzeitig bekannt und werden dokumentiert.

Eine Servopresse basiert auf einem Elektrozylinder

Eine Servopresse als völlig separate Technologie zu betrachten, ist ein verbreitetes Missverständnis. Ihr Kern ist dieselbe Elektrozylinder-Mechanik aus Servomotor, Kugel- oder Planetenrollengewindetrieb und Führungssystem, die auch iMotion fertigt. Zwei anwendungsspezifische Elemente ergänzen den Standard-Elektrozylinder: ein steifer Rahmen zur Aufnahme der Presskraft und eine Kraftmessung zur Erfassung und Aufzeichnung in Echtzeit, mittels Kraftsensor oder Abschätzung aus dem Motorstrom.

In der Praxis bedeutet dies:

• Die Auswahl- und Auslegungsgrundlagen für Elektrozylinder – Kraft, Steigung, Drehmoment und Lebensdauer – gelten auch für Servopressen. Das Motor- und Drehmomentberechnungswerkzeug dieser Website kann daher auch für Servopressen verwendet werden.
• Für langlebige Pressanwendungen mit hohen Kräften können Schwerlast-Elektrozylinder wie die IMT-Serie als Antriebseinheit eingesetzt werden. Die Pressenkonstruktion wird um diesen Zylinder aufgebaut.

Eine Servopressen-Anfrage ist somit im Wesentlichen eine Anfrage nach Zylinder und Kraftregelung. Unser Entwicklungsteam bestimmt zunächst die passende Elektrozylinder-Plattform anhand von Kraft, Hub und Steigung und ergänzt anschließend Pressenrahmen und Kraftmessintegration.

Warum werden Servopressen eingesetzt?

Nachverfolgbare Kraft-Weg-Kurve — Dies ist ein entscheidender Unterschied der Servopresse. In jedem Zyklus wird eine vollständige Kraft-Weg-Kurve aufgezeichnet. Sie zeigt nicht nur, ob ein Teil eingepresst wurde, sondern auch, ob der Vorgang korrekt war. Abweichungen erkennen unsichtbare Montagefehler wie falsche Teile, fehlende Komponenten oder zu hohe beziehungsweise zu geringe Kraft. Dies ermöglicht eine vollständige Qualitätskontrolle in Automobil- und Hausgerätefertigung.

Wiederholgenauigkeit — Druckschwankungen und temperaturabhängige Viskositätsänderungen des Öls verursachen bei Hydrauliksystemen Unterschiede zwischen Zyklen. Die geschlossene Regelung einer Servopresse hält Abweichungen zwischen Zyklen im Mikrometer- und Newtonbereich konstant.

Energieeffizienz — Eine Hydraulikpumpe läuft häufig auch im Leerlauf weiter. Ein Servomotor verbraucht außerhalb der Bewegung praktisch keine Energie; während Haltezeiten nähert sich der Verbrauch null.

Sauberkeit und Wartung — Hydraulikölleckagen sowie Filter- und Ölwechsel entfallen. In empfindlichen Umgebungen wie Reinräumen oder der Lebensmittel- und Elektronikfertigung kann dies ein entscheidender Vorteil sein.

Programmierbares Kraftprofil — Während des Pressens lässt sich die Kraft konstant halten, stufenweise erhöhen oder an einer Position vorübergehend halten, bevor die Bewegung fortgesetzt wird. Dies wird per Software eingestellt, statt durch eine einzelne mechanische Anpassung.

Typische Anwendungsbereiche

Einpressen von Lagern und Buchsen — Eine klassische Anwendung mit gleichzeitig präziser Positions- und Kraftregelung, bei der Fehler in späteren Produktionsschritten hohe Kosten verursachen.

Nieten und Verstemmen — Die Kraft-Weg-Kurve bestätigt die korrekte Ausbildung des Nietkopfs. Fehlerhafte Verbindungen werden unmittelbar in der Linie erkannt.

Elektrische und elektronische Montage — Beim Einstecken von Steckverbindern oder Einpressen von Bauteilen auf Leiterplatten sind geringe Kräfte und hohe Präzision gefragt. Servopressen bieten eine Auflösung, die hydraulische oder pneumatische Systeme nicht erreichen.

Qualitätsprüfstationen — In manchen Linien dient die Servopresse als Prüfstation statt als Produktionswerkzeug, um das Verhalten eines gefertigten Teils, etwa einer Dichtung oder Verbindung, unter Kraft zu messen.

Synchronisiertes Pressen an mehreren Montagestationen — Mehrere Servoachsen arbeiten synchron, während jede Station ihre Kraft-Weg-Daten an ein zentrales System überträgt.

Was ist bei der Auslegung zu beachten?

Drei Parameter müssen gemeinsam bewertet werden:

1. Spitzenkraft — Die höchste Kraft beim Pressen unterscheidet sich von der kontinuierlichen Arbeitskraft. Motor und Spindel werden anhand der Spitzenkraft ausgewählt; die Erwärmung wird anhand der Dauerbelastung geprüft.
2. Zykluszeit und Haltezeit — Eine Haltephase nach dem Pressen erfordert konstante Kraft über diesen Zeitraum und stellt zusätzliche Anforderungen an Motor und Antrieb.
3. Kraftgenauigkeit — Bei Qualitätsprüfungen ist die Auflösung der Kraftmessung, mittels Kraftsensor oder Abschätzung aus dem Motorstrom, ein wichtiges Auswahlkriterium.

Diese Parameter hängen zusammen. Spitzenkraft und Geschwindigkeit gehen in die Drehmoment- und Leistungsberechnung unseres Motorwerkzeugs ein. Wenn Sie das Kraft-Weg-Zeit-Profil Ihrer Anwendung teilen, bestimmen wir gemeinsam die passende Motor- und Spindelkombination.

Dieser Artikel bietet einen allgemeinen Überblick. Für eine konkrete Anwendung ist die Servopresse anhand des tatsächlichen Kraftprofils und der Zykluszeit auszulegen und zu überprüfen.