Blog

Mar 14, 2023

Automotive-Anwendungen für Montagepressen

Diese halbautomatische Pressstation montiert Lager und Sicherungsringe im hinteren Bereich

Diese halbautomatische Pressstation montiert Lager und Sprengringe in der Hinterachse eines Autos. Foto mit freundlicher Genehmigung von FEC Inc.

Diese Pressstation montiert Lager, Dichtungen und Ritzel in einem Differentialgehäuse. Foto mit freundlicher Genehmigung von FEC Inc.

Jeder Prozess, der mit einer Presse durchgeführt werden kann, einschließlich Einsetzen, Crimpen und Stauchen, wird zum Zusammenbau von Automobilkomponenten in der einen oder anderen Form verwendet. Foto mit freundlicher Genehmigung von Aries Engineering Co. Inc.

Angesichts des Produktionsvolumens in der Automobilindustrie erfolgt das Einsetzen der Buchsen häufig automatisiert. Hier bedient ein Roboter eine Servopresse. Foto mit freundlicher Genehmigung von Promess Inc.

Die Kraft-Weg-Überwachung ist eine Schlüsselkomponente vieler Pressanwendungen im Automobilbereich. Foto mit freundlicher Genehmigung von Schmidt Technology

Diese Pressstation ist für die Montage verschiedener Antriebswellenmodelle konzipiert. Foto mit freundlicher Genehmigung von FEC Inc.

Diese Pressstation wurde zum Einsetzen von Buchsen in ein Autoteil entwickelt. Foto mit freundlicher Genehmigung von Aries Engineering Co. Inc.

Bei der Automobilmontage kommen einem oft Bilder von Schweißrobotern und Elektroschraubern in den Sinn. Aber eine andere Technologie ist für die Montage einer Vielzahl von Automobilkomponenten ebenso wichtig: Pressen.

Mit pneumatischen, hydropneumatischen, elektrischen und manuellen Pressen werden Kugelgelenke, Querlenker, Achsschenkel, Kraftstoffverteiler, Sammelschienen, Pumpen, Radbolzen, Bremssättel, Getriebe, Türschlösser, Froststopfen, Hydraulikmotorhalterungen und Scheibenwischer montiert.

Pressen werden für Anwendungen mit hoher Krafteinwirkung eingesetzt, beispielsweise für das Einsetzen von Kugellagern in Gussteile, aber auch für heikle Arbeiten, beispielsweise für den Einbau der Nadel eines Tachometers. Sie werden auch zur Installation von Teilen wie selbstklemmenden Befestigungselementen und elektrischen Steckverbindern mit nachgiebigen Stiften verwendet.

Jeder Prozess, der mit einer Presse durchgeführt werden kann – Einsetzen, Crimpen, Clinchen, Stauchen, Nieten und Vernieten – wird zum Zusammenbau von Automobilkomponenten in der einen oder anderen Form verwendet. Es gibt auch einzigartige Anwendungen. Wiederaufbereiter verwenden Pressen, um Autoteile zu zerlegen und wieder zusammenzubauen. Ein anderer Automobilhersteller verwendet eine Presse, um Teile während eines Schweißvorgangs fest zusammenzuhalten. Der Druck verhindert, dass sich die Baugruppe verzieht.

„In einem Automobil gibt es eine Fülle von Pressvorgängen“, sagt David J. Zabrosky, Vertriebsleiter für Nordamerika bei Schmidt Technology. „Unsere Pressen werden zum Einsetzen von Lagern und Buchsen in Getriebekomponenten und Lenksäulen verwendet. …Eine unserer Pressen wird verwendet, um einen Stift in ein Pulvermetallbauteil einzuführen und ihn dann zu verstemmen, um sicherzustellen, dass er festgehalten wird. …

„Eine weitere Presse wird in einer Umformanwendung für einen Kapazitätssensor für ein automatisches Türschloss verwendet. … Das Gebläserad für die Klimaanlage eines Autos wird auf die Welle eines Motors gepresst.“

Das Einsetzen von Buchsen in Metallguss- oder Stanzteile ist eine der häufigsten Automobilanwendungen für Montagepressen. Buchsen können je nach Material und Produktionsvolumen mit jeder Art von Presse eingebaut werden, sagt Charles A. Rupprecht, Executive Vice President von BalTec Corp. Für Kleinserienanwendungen mit Elastomerbuchsen reicht eine manuelle Presse aus. Für den Einbau einer großen Metallbuchse in einer Anwendung mit größerem Volumen ist eine angetriebene Presse erforderlich.

Unabhängig von der Stromquelle wird für solche Anwendungen am häufigsten eine C-Rahmen-Presse verwendet, sagt Michael T. Brieschke, Vertriebskoordinator bei Aries Engineering Co. Inc. Mit ihrer offenen Vorderseite kann die Presse eine Reihe von Teilegrößen und Teilen aufnehmen kann entweder manuell oder robotisch be- und entladen werden.

Um das Umrüsten zu erleichtern und übermäßigen Verschleiß an Stößel und Zylinder zu verhindern, empfiehlt Brieschke einen Pressenaufbau mit zwei oder vier Führungspfosten.

„Mit einem geführten System kann man die Werkzeugsätze relativ schnell wechseln“, sagt er.

Das ist wichtig, da die Werkzeuge zum Einsetzen von Buchsen sehr teilespezifisch sein können. „Mit einer geraden Buchse hat man eine sehr kleine Fläche, auf die man schieben kann“, sagt Brieschke. „Mit einer Flanschbuchse hat man eine relativ größere Fläche. Es gibt eine Milliarde verschiedene Buchsen da draußen.“

Glenn Nausley, Präsident von Promess Inc., sagt, dass Maschinenbauer oft die Schwierigkeiten einer scheinbar einfachen Anwendung wie dem Einbau von Buchsen in einen Querlenker unterschätzen. Diese Buchsen müssen auf einen bestimmten Abstand gedrückt werden – beispielsweise auf eine Position relativ zu einem Bezugspunkt auf dem Teil oder auf einen Abstand zu einer anderen Buchse. Allerdings sind diese Daten oft erst verfügbar, nachdem das Teil vollständig zusammengebaut ist.

Erschwerend kommt hinzu, dass es sich beim Stanzen oder Guss des Querlenkers nicht gerade um ein Hochpräzisionsteil handelt. Es kann sich auch während der Montage verbiegen.

Die Antwort, sagt Nausley, ist der Einsatz einer Servopresse in Verbindung mit einer speziellen Messvorrichtung. „Die Servopresse gibt Ihnen Kontrolle und Feedback“, erklärt er. „Sie drängen nicht bis zum Stillstand.

„Sie können keine herkömmliche Vorrichtung verwenden, die einfach die Teile hält, damit Sie diese Buchsen einrasten können. Sie benötigen eine Präzisionshalterung mit eingebauten Sonden, die die Position der Buchsen messen.“

„Jetzt können Sie die Buchsen teilweise hineindrücken, zurückziehen und das Teil entspannen lassen. Dann messen Sie mit den Sonden, wo sich die Buchsen befinden. Diese Informationen werden an die Steuerung zurückgemeldet, damit die Presse eingreifen kann.“ ein zweites Mal und beenden Sie das Teil. Sie machen jedes Mal ein gutes Teil. Sie messen das Teil, während Sie es herstellen.

Angesichts des Produktionsvolumens in der Automobilindustrie erfolgt das Einsetzen der Buchsen häufig automatisiert. So stellte BalTec beispielsweise kürzlich ein automatisiertes Nietsystem zur Montage der Gestänge zum Heben und Senken des Dachs eines beliebten Cabriolets bereit. Das gesamte Produktionssystem besteht aus zwei Indexscheiben mit Baltec-Radialformmaschinen und kundenspezifischen Servopresssystemen (nicht von Baltec geliefert). Die Pressen setzen automatisch Buchsen in die Stanzteile ein, die dann zur Endmontage an die Nietsysteme geschickt werden.

Das Spinnennetzgerüst hat mehrere Drehpunkte – und erfordert daher mehrere Buchsen. Und da jedes Cabriolet zwei Gestängesätze benötigt (einen rechten und einen linken), summiert sich das Volumen. Tatsächlich setzt die Anlage täglich rund 15.000 Buchsen ein, sagt Rupprecht. Sowohl der Press- als auch der Nietvorgang werden überwacht, um sicherzustellen, dass sich das Gestänge reibungslos dreht.

Aries Engineering hat kürzlich ein Robotersystem zum Einbau von Buchsen in die Querlenker eines Pickups entwickelt. Ein Roboter lädt und entlädt die Querlenker, während ein anderer die Buchsen lädt. Die Kraft-Weg-Überwachung gewährleistet ein fehlersicheres Einsetzen der Buchsen.

„Die Zykluszeit beträgt 18 bis 23 Sekunden“, sagt Brieschke. „Diesen Vorgang manuell durchzuführen, würde 30 bis 40 Sekunden dauern.“

Servopressen können in Verbindung mit rotierenden Geräten verwendet werden, um die Leistung einer Automobilkomponente bereits während der Montage zu messen. Beispielsweise kann eine Servopresse verwendet werden, um eine Last auf ein Lager auszuüben, während ein Servomotor die Nabe dreht, um den Drehmomentwert zu messen. „Sie möchten sicherstellen, dass es keinen Widerstand gibt“, sagt Keith Lowery, Spezialist für Pressensysteme bei FEC Inc.

Ein weiteres Beispiel sind Kugelgelenke. Mit einer Servopresse wird Material um den Ball herum geformt, um ihn an Ort und Stelle zu halten. Ein Servomotor dreht den Lagerbolzen während des Umformvorgangs. Anstatt auf einen bestimmten Abstand oder eine bestimmte Kraft zu drücken, „drücken wir auf einen Drehmomentwert, der von den Teilen erzeugt wird, die sich innerhalb der Baugruppe drehen“, sagt Lowery.

Mit Pressen wird die Einspritzdüse selbst zusammengebaut und die fertige Einspritzdüse in das Kraftstoffverteilerrohr eingesetzt.

Ein Kraftstoffinjektor ist ein elektronisch gesteuertes Ventil, das von der Kraftstoffpumpe mit unter Druck stehendem Kraftstoff versorgt wird. Wenn die Einspritzdüse mit Strom versorgt wird, bewegt ein Elektromagnet einen Kolben, der das Ventil öffnet, sodass unter Druck stehender Kraftstoff durch eine winzige Düse herausspritzen kann. Wenn die Einspritzdüse stromlos ist, drückt eine Feder den Kolben nach unten gegen die Düse und unterbricht so die Kraftstoffzufuhr.

Für eine optimale Motorleistung muss die Feder mit genau der richtigen Kraft gegen den Kolben drücken, und diese Kraft muss von einer Einspritzdüse zur nächsten konstant sein. Leider variieren selbst Präzisionsfedern in der Kraft, die sie in einer bestimmten Höhe ausüben.

Eine mit Kraft-Weg-Überwachung ausgestattete Presse löst das Problem. Die Presse drückt die Feder nach unten, bis sie einen vorgegebenen Vorspannungswert erzeugt, erklärt Nausley. Anschließend wird die Höhe der Feder an diesem Punkt aufgezeichnet. Beim Zusammenbau des Injektors wird die Tiefe des Pressvorgangs automatisch an diese Höhe angepasst. Daher können die Federn der Einspritzdüsen von einer Einheit zur anderen etwas mehr oder etwas weniger komprimiert werden, aber die Kraft, die jede Einheit liefert, ist die gleiche.

Fertige Einspritzdüsen werden in das Kraftstoffverteilerrohr eingepresst.

„Typischerweise nutzen wir dafür pneumatische Pressen“, sagt Rupprecht. „Das obere Werkzeug ist für diese Anwendung von entscheidender Bedeutung, da Sie sicherstellen müssen, dass der Injektor in der richtigen Tiefe eingeführt wird und keine Risse oder Verformungen auftreten. Wir empfehlen normalerweise eine Überwachung der Presskraft.“

Durch die Überwachung können Probleme während der Montage sofort erkannt werden. Wenn die Kraft beispielsweise geringer ist als erwartet, kann dies darauf hinweisen, dass der O-Ring fehlt. Wenn er zu hoch ist, könnte der O-Ring eingeklemmt oder gerollt werden oder es könnten sich Fremdkörper in der Verbindung befinden. Wenn die Anfangskraft sehr hoch ist, kann dies bedeuten, dass der Injektor nicht richtig zum Loch ausgerichtet ist.

Eine ähnliche Anwendung ist die Montage der Kolben an Bremssätteln. „Es kommt häufig vor, dass sich die Dichtung eines Bremssattelkolbens im Loch verfängt und reißt“, erklärt Lowery. „Um ein Überrollen der Dichtung zu vermeiden, verwenden wir eine Servopresse, die den Kolben beim Einführen in das Loch dreht.“

Die Zeiten massiver Stahlstoßstangen sind lange vorbei. Stattdessen haben heutige Fahrzeuge große Kunststoff-Armaturenbretter. Zur besseren Formgebung werden die Armaturenbretter typischerweise ohne Löcher für Dinge wie Nebelscheinwerfer, Anhängerkupplungen, Kameras und Sonarsysteme hergestellt.

Stattdessen werden Löcher für diese Geräte mithilfe einer Presse mit Kraft-Weg-Überwachung ausgestanzt. Wenn Sie der Meinung sind, dass die Prozessüberwachung für eine einfache Stanzanwendung übertrieben ist, denken Sie noch einmal darüber nach. Jeder, der schon einmal einen Kotflügel verbiegen musste, weiß, wie teuer eine Front- oder Heckschürze sein kann.

„Mit der Kraft-Weg-Überwachung wissen Sie sofort, ob ein Teil falsch eingelegt wurde“, sagt Brieschke. „Die Presse weiß, dass sie sich an einer bestimmten Position befinden muss, wenn sie eine bestimmte Kraft erreicht. Wenn einer dieser Messwerte außerhalb der Kurve liegt, stimmt etwas nicht: Die Teile wurden falsch geladen. Der Rohling wurde nicht ausgeworfen. Das Werkzeug wurde nicht ausgeworfen.“ beschädigt.

„Der Stößel kehrt in die Ausgangsposition zurück und es entsteht kein Ausschussteil.“

Die beste Presse für eine Automobilanwendung hängt von vielen Faktoren ab, einschließlich des Prozesses; die Größe, Form und Materialien der Teile; Maßtoleranzen; Kraftanforderungen; Qualitätsanforderungen; und Produktionsmengen.

Obwohl es Gleichungen zur Berechnung der für einen Pressvorgang erforderlichen Kraft gibt, liefern sie eigentlich nur grobe Schätzungen.

„Es gibt so viele Variablen“, betont Zabrosky. „Die Ergebnisse können erheblich abweichen. Es ist viel einfacher, Musterteile zu erhalten und sie auf einer überwachten Presse zu testen.“

Normalerweise verlangt Zabrosky von seinen Kunden genügend Teile, um mindestens fünf Baugruppen herzustellen. „Idealerweise sollten es Teile in Produktionsqualität sein, da Oberflächenbeschaffenheit und Maßtoleranzen die Ergebnisse beeinflussen können“, sagt er.

Weitere Informationen zu Montagepressen finden Sie unter www.assemblymag.com, wo Sie die folgenden Artikel lesen können: