Stanzteile mit integrierten stanzformen Werkzeugauswahl und andere technische gesichtspunkte

Von Tom Kleeman, CEO, Spartanics

Es gibt mittlerweile eine ganze Reihe von Applikationen, die nicht nur das Ausstanzen bestimmter Teile aus einem Blech oder sonstigem Gewebe, sondern gleichzeitig in diesen Teilen integrierte Stanzungen erfordern. Beispiele hierfür sind GSM-Karten mit Lochstreifen für integrierte SIM-Module, wie sie in Europa weit verbreitet sind, die in den USA allgegenwärtigen Loyalty Cards mit Anhänger oder die Langlöcher an Gepäckanhängern, die die Befestigung dieser Anhänger an Gepäckbändern ermöglicht. (Siehe Abbildung 1) Hat ein Stanzteil

Abbildung 1: Spezialkarten und andere Teile mit integrierten Merkmalen

integrierte Merkmale wie Löcher oder Abrissstreifen, so muss das Standardwerkzeug durch eines der folgenden Spezialwerkzeuge ersetzt werden – ein Folgeschnitt-, ein Gesamtschnitt- oder ein Steel Rule Stanzwerkzeug. Zusätzlich zu einfachen Löchern oder anderen integrierten Cutaway-Formen, beinhalten solche Besonderheiten häufig Vertiefungen oder Perforationen. Das vorliegende Weißbuch beschreibt die Auswahl und Konfiguration der Stanzwerkzeuge für komplexe Teile mit integrierten Stanzmerkmalen, sowie damit verbundene technische Überlegungen zur erfolgreichen Implementierung.

Integrierte Löcher

Für integrierte Löcher und ähnliche Austanzungen mit sauberer Schnittkante aus dem Innenbereich eines Teiles benötigt man ein herkömmliches Standardwerkzeug. Hierfür sind die gleichen technischen Voraussetzungen nötig, wie bei üblichen Formschneidevorgängen. (Siehe Abbildung 2) Beim Formschneiden und

Abbildung 2: Vertiefung und Perforation

Ausstanzen integrierter Löcher besteht die technische Grundvoraussetzung im Abstand zwischen Stanzung und Schnittplatte, sowie darin, wie weit das Stanzwerkzeug in die Plattenvertiefung eindringt. Dies sind die gleichen technischen Vorüberlegungen, wie sie beim Schnitt des Außenumfangs eines Teiles notwendig sind.

Um die erforderliche Qualität zu erreichen, setzt man den Abstand zwischen Stanzwerkzeug und Schnittplatte mit der Stärke des zu schneidenden Materials in Korrelation. Bearbeitet man ein extrem dünnes Trägermaterial, so muss dieser Abstand so gering als irgend möglich sein. Schneidet man dickeres Material, wie 0,76 mm (0,03″) starke Plastikkarten, so ist ein bestimmter Abstand sogar nötig. Als Faustregel lässt sich sagen: unabhängig vom Trägermaterial muss das Stanzwerkzeug um mindestens 1/10 der Materialstärke kleiner sein als der Durchmesser des Stanzloches. Dies ist unabhängig davon, ob es sich um Metall, Plastik, Papier, magnetisches oder sonstiges Material handelt. Hierbei handelt es sich um einen ersten Näherungswert und um den äußerst seltenen Fall einer Anwendung ohne erforderliche Feineinstellung des Abstandes und gleichzeitiger Gewährleistung optimaler Qualität und der erforderlichen exakten Lochmaße. Tatsächlich ist das entstandene Loch immer kleiner als der Durchmesser des Stanzwerkzeuges, da das Material dazu tendiert, das Loch ein wenig zu verengen. Dies geschieht durch die Freisetzung von Spannungen im Material, die vor dem Stanzvorgang existierten. Ist die Lochgröße das ausschlaggebende Kriterium, so kann das mehrfache Wiederholen des Stanzvorganges mit verschiedenen Lochdurchmessern notwendig werden, um die gewünschten Maße zu erhalten. Darüber hinaus gibt es einige Feinheiten bei Halterungen und Abscheidern, die üblicherweise durch Anwendungen mit minimaler Toleranz hergestellt werden, die eher eine Ausnahme zu vorliegender Beschreibung darstellen. Namhafte Hersteller von Präzisionsstanzwerkzeugen haben nicht nur Erfahrung bei der Feineinstellung von Werkzeugen, sondern bieten auch eine Vielzahl von typischen Werkzeugen an, die zur Herstellung von Produktionsmustern oder zur endgültigen Werkzeugeinstellung für eine spezifische Anwendung verwendet werden können.

Vertiefungen

Ein Ritzmesser wie in Abbildung 2 dargestellt: Vertiefung und Perforation zeigt neue Problemstellungen, die denjenigen unbekannt sein dürften, die bisher lediglich einfache Stanzwerkzeuge verwendet haben. Die Anwendungsbereiche, die spezielle Anpassungen erfordern, um ein Ergebnis mit den erwünschten Charakteristika zu erhalten, umfassen die Messerstärke und den Messerwinkel, z.B. in Bezug auf den Meißelkopf. Auch die Schärfe des Messers und die Geschwindigkeit, mit der das Werkzeug gedreht wird, beeinflusst das Endresultat. Der Abstand der Zähne des Perforationsmessers stellt eine weitere, anpassbare Variable zur Erzielung des gewünschten Resultates dar. Die große Anzahl der Variationsmöglichkeiten der Zahnform sowie deren Abstand spiegelt sich wider in der Vielzahl der verschiedenen möglichen Vertiefungen.

Wie in Abbildung 3 dargestellt, sind die mechanischen Gegebenheiten stark

Abbildung 3: Ritzvorgang

abweichend von denen einer Standardstanzung. Anders als bei Werkzeugen, bei denen eine Stanzung in das Stanzmaterial eingepasst wird, verwendet man zur Herstellung einer Vertiefung ein Messer, um das Material auf einer Art Amboss zu schneiden. In der Regel ist dieser Amboss aus weichem Stahl, der diesem ermöglicht, ein wenig nachzugeben, z.B. 0,0025 mm (0,00010″), sodass das Messer nicht zu schnell stumpf wird. Bei mikroskopischen Untersuchungen ließe sich leicht feststellen, dass ein Abstand gleich Null nie ganz erreicht werden kann. Stattdessen schneidet das Messer mit jedem Stoß eine wenig in den Amboss. Anders als der Amboss ist der Stanzblock aus Werkzeugstahl, der das Messer sehr schnell stumpf werden ließe, wäre der Amboss nicht korrekt positioniert.

Üblicherweise hat das Messer einen 60°-Winkel. Die Zahnstruktur für Vertiefungen variiert sowohl im Abstand (Anzahl der Zähne pro Zoll oder Millimeter) als auch in der Tiefe (Fuge zwischen den Zähnen). Bei einer durchgängigen Perforation entspräche die Zahntiefe der Perforationsstärke, indem man grundlegend Löcher in eine Material stößt. Oder die Zahntiefe ist kleiner als die Materialstärke, sodass man eine Vertiefung erhält. Bei einigen Anwendungen, wie beispielsweise bei so starkem Material wie PVC, wird häufig eine Kombination aus Vertiefung und Perforation angewandt. Komplexere Werkzeuge umfassen modifizierte Messer, die Teilschnitte produzieren. Anders ausgedrückt ist dies ein Messer ohne tatsächliche Zahnstruktur.

Bei verschiedenen Anwendungen variiert auch die Messerstärke. Die Stärke der Messer wird üblicherweise in Punktgrößen angegeben – und zwar in den gleichen Dimensionen wie bei Schriftarten. Dies resultiert daraus, dass die ersten Vertiefungs- und Perforationsanwendungen auf Buchstabenpressen vorgenommen wurden und die Messer nach speziellen Punktgrößen hergestellt wurden, so wie bewegliche Modelle. Eine Stärke von zwei Punkten (z.B. ungefähr 0,7 mm oder 0,028″) wird häufig bei Anwendungen wie speziellen Plastikkarten verwendet.

Abbildung 4: Schnitteinstellung

Wie in Abbildung 4 dargestellt,
ist der Ablauf und die Einstellung wie der Stanzvorgang und der Messerschnitt ausgeführt werden, von entscheidender Bedeutung für das Design. Der Stanzer führt immer das Messer, da dieser direkt durch das Material bis zum Stanzblock geht, während das Messer den Amboss lediglich berührt. In dieser Abbildung ist das Messer auf der rechten Seite in blau dargestellt und hat das Material gerade durchdrungen, als er den Amboss berührt (dargestellt in weiß). Links im Diagramm ist der Stanzvorgang dargestellt, wobei der blaue Stanzer das Material durchdringt, um ein Loch hineinzustoßen. Die Pfeile zeigen den Unterschied in der Höhe der beiden Stanzvorgänge an, z.B. der Standardstanzvorgang und die Vertiefung. Diese Höhe wird als Stanzführung bezeichnet. Es ist wichtig, zu berücksichtigen, dass die Stanzführung integrierter Bestandteil des Werkzeuges ist und somit nicht während des Stanzvorganges angepasst werden kann. Dies ist ein Beispiel für die Wichtigkeit der Beschaffung der Werkzeuge von Herstellern, die auf bestimmte Applikationen spezialisiert sind und die einwandfreie Performance der Werkzeuge in Bezug auf Stanzführung und ähnlicher Parameter garantieren. Die Art der verwendeten Stanzpresse ist ebenfalls entscheidend für die Performance, sobald komplexere Werkzeuge in Gebrauch sind. Für eine glatte Loch durch eine Plastikkarte erscheint eine Presse mit einer Kapazität von 15 Tonnen (14.000 kg) ausreichend. Bei Vertiefungen und Perforationen hingegen ist eine Presse mit einer Tonnage von mehr als 30 Tonnen (27.000 kg) erforderlich, um die Stabilität und Leistung zu erhalten, die notwendig sind, um eine maximale Performance zu erzielen. Andernfalls übersteigen die zusätzlich für die Kreation integrierter Stanzformen notwendigen Werkzeugfunktionen die Kapazität leichterer Pressen. Vertiefungen, zum Beispiel, erfordern eine nicht geringe Leistung der Stanzpresse, da es einfacher ist, durch das Material zu stanzen, als dieses gegen einen Amboss zu drücken und so zu schneiden. Ein Vertiefungsmesser funktioniert auch bei deformiertem Material, indem dieses nach links oder rechts bewegt wird. Als Faustregel gilt, dass pro Vertiefung von einem Zoll Länge eine Presskapazität von einer halben Tonne benötigt wird (500 Pfund oder 220 kg).

Vertiefungswerkzeuge, wie auch alle anderen Messerwerkzeuge wie Werkzeugstahlstanzen, umfassen aus Sicherheitsgründen einen eingebauten Stanzstopp (siehe Abb. 5). Dieser Stopp, der grundsätzlich aus einem Stahlblock

Abbildung 5: Stanzstopp

oben und unten am Werkzeug besteht, stellt sicher, dass sich das Werkzeug nicht weiter schließen kann als der zur Messerfunktion benötigte Abstand. Dies verhindert Beschädigungen des Messers auch im Falle geringfügiger Fehleinstellungen. Diese Funktion ist für die Arbeit mit Messern Voraussetzung, jedoch nicht Teil des Standardwerkzeugbestandes, der lediglich auf die Schließvorgänge der Presse während eines Arbeitsdurchganges ausgelegt ist.

Separate Stanzungen
Es stellt sich die Frage, warum man komplexe Werkzeuge benötigt, wenn man sämtliche Formen in zwei separaten Arbeitsabläufen mit zwei verschiedenen Werkzeugen erzeugen kann. In anderen Worten: warum verwendet man nicht zuerst ein Werkzeug zur Vertiefung oder Perforation, und lässt das Material anschließend durch ein Formschneidesystem laufen, um die letztendlichen Teileumrisse auszuschneiden?

Während dies nicht gänzlich unbekannt ist, so ist es im Allgemeinen jedoch weder empfehlenswert noch praktisch. Ein solcher aus zwei Abläufen mit zwei verschiedenen Werkzeugen bestehender Prozess würde das Materialhandling verdoppeln und ein zweites Einführen in die Maschine zwischen den Abläufen erfordern. Das bedeutet darüber hinaus ein vielfach erhöhtes Ausschussrisiko, da bei nur einem fehleingestellten Ablauf das Endprodukt bereits verdorben ist. Dementsprechend lassen sich die Ausschussrate, sowie die Arbeits- und Maschinenzeitkosten für zwei unterschiedliche Arbeitsprozesse verhindern.

Abbildung 6: Separate Stanzung
Erstes Werkzeug: Stanzer, Vertiefung & Perforation

Abbildung 6 zeigt, wie die integrierten
Stanzungen möglicherweise erstellt werden können.

Folgeschnitt

Der Folgeschnitt (siehe Abbildung 7),

Abbildung 7: Folgeschnitt
– hauptsächlich zwei (oder mehr) Werkzeuge nebeneinander
– Mehrere Stationen
– Werkzeugfolge

bei dem sich zwei oder mehr Werkzeuge nebeneinander in einem Gehäuse befinden, kann anstelle von separaten Stanzungen verwendet werden. Beim Folgeschnitt werden während der Weiterbewegung des Materials innerhalb der Presse verschiedene Features in verschiedenen Stationen kreiert. So sieht man beispielsweise in dieser Abbildung die rechte Seite des Werkzeuges beim Schnitt eines Teiles, während die linke Werkzeugseite eine Vertiefung und einer Perforation erzeugt. Wie wird zum Beispiel während der Fortbewegung des Materials Teil 4 ausgeschnitten, während Teil 3 perforiert wird. Halten Sie fest, dass es innerhalb eines Folgeschnitt-Setups durchaus mehr als zwei Stationen geben kann, abhängig von der Komplexität des gewünschten Endproduktes.

Bei einem Folgeschnitt-Setup muss die Werkzeugabfolge genauestens überlegt sein. Die Werkzeugabfolge wird durch den Center-zu-Center-Abstand zwischen zwei Stationen in einem Werkzeug definiert, während das Werkzeug entsprechend der Besonderheiten des Teiles abgestimmt ist. Das Werkzeug muss auf das Genaueste mit dem Setup abgestimmt sein und für diese Abstimmung muss eine exakt gedruckte Druckvorlage gewährleistet sein.

Dieses Folgeschnitt-Setup hat eine Vielzahl an Vorteilen. Bei einfachen Formen sind Folgeschnitte kostengünstig und liegen eventuell nur 50% höher als ein gewöhnliches Schneidewerkzeug für diese Anwendung. Folgeschnittsysteme können flexibel eingesetzt werden, sodass man sie auch nur als Schneidewerkzeug verwenden kann, sollte eine Anwendung keine Vertiefung oder Perforation verlangen. Die Fähigkeit zu verschieden Aufgaben ermöglicht die Handhabung verschiedener Applikationen mit einem Werkzeug. So kann man sowohl Gepäckanhänger als auch Kreditkarten mit demselben Werkzeug herstellen, indem man für die Herstellung von Kreditkarten lediglich den Werkzeugteil entfernt, der die Schlitze für Gepäckanhänger produziert. Man könnte auch die Höheneinstellungen verschiedener Werkzeugelemente verändern, sodass Anpassungen in der Verschlusshöhe der Presse in der Anwendung oder Nichtanwendung unterschiedlicher Schnittfeatures beim Endprodukt resultieren. Da sich die Art des Werkzeugdurchschlags unendlich vielfältig variieren lässt, kann das Werkzeug so vielseitig eingesetzt werden, wie es die Voraussicht der Planung erlaubt. Dies bedeutet, dass sich ein Werkzeug entwickeln lässt, welches für eine große Anzahl von Anwendungen flexibel genug ist und die Kosten lediglich schrittweise erhöht.

Es gibt jedoch auch ausgesprochene Nachteile bei einem Folgeschnit-setup. So können Probleme bei der Erfassung entstehen, denn die Druckvorlage muss den Werkzeugabmessungen auf das Genaueste entsprechen, da man ansonsten Positionierungsprobleme von einer Station zur nächsten haben wird, die wiederum in verdorbenen Teilen resultieren. Passt dieser Vordruck nicht zur Werkzeugeinstellung (Folge) in Bezug auf die Spezifikationen, so muss man wählen zwischen der Materialpositionierung für eine korrekte Toleranz beim Schnitt entsprechend der äußeren Umrandung oder der korrekten Positionierung der integrierten Formen bei nicht akkuratem Schnitt. Entstehen solche Abstimmungsprobleme, kann der Folgeschnitt mit zwei Stationen im besten Fall die Fehler zweimal produzieren. Dementsprechend kann ein Folgeschnitt-Setup niemals die Genauigkeit eines Werkzeugsystems erreichen, das das Material nur einmal positionieren muss.

Ein weiteres inhärentes Problem liegt im Durchlauf dieses Formwerkzeuges, da ein Folgeschnitt-Setup immer mindestens einen zusätzlichen Pressvorgang bedeutet, um ein Teil fertig zu stellen. Hat man beispielsweise einen Abrissstreifen mit 10 Teilen, so benötigt das Werkzeug 11 Vorgänge zu dessen Herstellung. Das wiederum bedeutet, dass man pro 10 hergestellter Teile 10% Maschinendurchlauf verliert. Beinhaltet ein solcher Streifen fünf Teile, so beträgt der Verlust an Maschinendurchlauf 20% und so weiter, entsprechend der relativen Größe der Maschine und der Teile. Wirtschaftet ein Unternehmen nahe der eigenen Kapazitätsgrenze, so kann dieser Kostenfaktor wirtschaftlich entscheidend dafür sein, bei der Herstellung komplexer Teile andere Werkzeugtypen einzusetzen, auch wenn dadurch höhere Vorabkosten entstehen.

Gesamtschnitt

Beim Gesamtschnitt sind grundsätzlich zwei oder mehr Werkzeuge ineinander eingebaut.

Die Abbildungen 8 – 14 zeigen verschiedene Aspekte des Gesamtschnitt-Setups.

Abbildung 8: Vertiefungsmesser in Stanzer

Abbildung 8 zeigt den Werkzeugteil, der die Vertiefung vornimmt.

Abbildung 9: Lochwerkzeug in Stanzer

Abbildung 9 und Abbildung 10 zeigen, wie ein integriertes Loch in einem bedruckten Teil entsteht.

Abbildung 10: Lochstanzer in Schnittplatte
Abbildung 11 zeigt den Bezug zwischen Gesamtwerkzeug und dem Endprodukt.

Abbildung 11: Cutawayansicht

Nimmt man all diese Teile zusammen, so zeigt Abbildung 12 das erfolgreich gestanzte rote Trägermaterial mit allen integrierten Formen bei einer Stanzung.

Abbildung 12: Während des Schnitts

Anders als beim Folgeschnitt, bei dem fertige Schnittteile aus dem Schnittbereich fallen, ist eine Gesamtschnitt immer eine Art Stanzung, die zum Material zurückkehrt, wie in Abbildung 13 und 14 dargestellt.

Abbildung 13: Zurück zum Material

Abbildung 14: Zurück zum Material

Es gibt viele Möglichkeiten, einen Gesamtschnitt zu gestalten. Aber da es während des Gesamtschnittprozesses keinen Platz für das Endprodukt gibt, muss das Teil in das Ausschussmaterial zurückgeschoben werden. Nur so kann es aus dem Werkzeug transportiert und auf die eine oder andere Art und Weise aus dem Schnittablauf entnommen werden. Dies ist ein entscheidender Nachteil des Gesamtschnittsystems.

Es gibt jedoch vielfältige Vorteile beim Gesamtschnittsystem. Zuallererst ist hier die hohe und unerreichte mechanische Genauigkeit eine Einschrittprozesses zu nennen. Die relative Positionierung der gestanzten Löcher, Vertiefungen und Umrandungsschnitte sind jederzeit wiederholbar und so genau wie Ihre Stanzfähigkeiten. Benutzt man beispielsweise die besseren, optischen Abstandspressen, so kann man sich auf eine Genauigkeit von 0,1mm beim Schnitt nach Druckvorlage verlassen, was bei komplexen Teilen äußerst wichtig ist.

Der zweite Vorteil beim Gesamtschnitt-Setup ist dessen Durchlauf. Da alle internen wie auch umfänglichen Formen des Teils während eines Arbeitsvorgangs kreiert werden, geht kein Ablauf verloren. Dies bedeutet, dass bei einem für 10 Teile entwickelten Streifen alle 10 Teile bei 10 Pressungen hergestellt werden.

Gesamtschnitte haben üblicherweise viele zusätzliche, bewegliche Teile wie Auswurfvorrichtungen und benötigen daher für den Herstellungsprozess ein hohes Maß an Maschinentoleranz. Deshalb sind Gesamtschnittsysteme in der Regel 2 ½ Mal so teuer wie Standardstanzen (z.B. zusätzliche 150% an Kosten). Erfordert eine Anwendung einmal nicht die Art von Genauigkeit, die ein Gesamtschnitt bietet, so können die Kosten in der Regel nicht reduziert werden.

Die Komplexität der Gesamtschnittsysteme bedeutet auch, dass diese weniger zuverlässig sind. Im Vergleich zu Standardstanzen sind sie zum Beispiel erheblich sensibler bei doppelter Materialstärke oder ähnlichen Stau- bzw. Einlaufproblemen während der Materialpositionierung. Umgekehrt führt dies in einem geringfügig höheren Wartungsaufwand, was über dem Standard für die hochwertigsten Schnittstanzen liegt, die lediglich alle 3 Millionen Zyklen neu eingestellt werden müssen.

Die zur Teileausfuhr benötigten Auswurfvorrichtungen verursachen ebenso höhere Kosten, sowohl aufgrund der Vorrichtungen selbst als auch aufgrund der zusätzlich erforderlichen Prozesszeit.

Steel Rule Stanzen

Steel Rule Stanzen, wie sie in Abbildung 15 und 16 dargestellt sind, haben eine komplett andere Konstruktion als Hartwerkzeuge.

Abbildung 15: Steel Rule Stanzen

Der Abscheiderbereich der Steel Rule Stanze, hier grün dargestellt, besteht aus einem gummiartigen Material, das während des Teilezuschnitts zusammenfallen kann,

Abbildung 16: Steel Rule Stanze Detail

um anschließend zurückzuspringen und so das Teil vom Messer weg zu drücken. Üblicherweise entsteht ein Stanzloch aus einem separat bearbeiteten Teil. Manchmal ist dies ein scharf gemachter Rohrabschnitt oder es ist hergestellt durch Biegen des Schnitmessermaterials. In der Regel sind Stanzbretter aus qualitative hochwertigem Sperrholz gefertigt, obwohl hin und wieder auch synthetisches Material verwendet wird.

Der hauptsächliche Vorteil einer Steel Rule Stanze sind die Kosten, die ungefähr 95% niedriger liegen als bei Standardstanzwerkzeugen. Dies bedeutet, dass eine $150 teure Steel Rule Stanze anstatt eines $30.000 teuren Hartwerkzeuges eingesetzt werden kann. Ein weiterer Vorteil ist die relativ schnelle Verarbeitungszeit, die für eine solche Stanzung benötigt wird. Hat man das Teiledesign und steht ein erfahrender Mitarbeiter zur Verfügung, so liegt die Verarbeitungszeit für eine Steel Rule Stanzung bei ungefähr 48 Stunden oder weniger. Darüber hinaus sind Prozessveränderungen bei Steel Rule Stanzen schnell zu bewerkstelligen. Man schiebt einfach ein Holzbrett in die Presse und aus der Presse heraus und die vollständige Änderung ist in 5 – 10 Minuten erledigt. Umso besser bringen optische Abstandspresssysteme die Steel Rule Stanzen in die korrekte Position und zwar in einer Art und Weise, die komplett bei jedem Prozess-Setup wiederholbar ist.

Wie bei vielen Dingen gilt auch bei Steel Rule Stanzen das Sprichwort: “Man bekommt, was man bezahlt.” Den Vorteilen der Steel Rule Stanzen stehen einige Nachteile oder Einschränkungen gegenüber, die diese für diverse Anwendungen unbrauchbar machen. Der hauptsächliche Nachteil von Steel Rule Stanzen besteht in der niedrigen mechanischen Genauigkeit aufgrund möglicher Messerverbiegungen während des Schneidevorgangs. Obwohl die Scheidebretter genau gearbeitet seien mögen, sind die Schnitte aufgrund der Instabilität der Messer nicht so häufig wiederholbar. So kann beispielsweise ein Teil mit einem gewünschten Durchmesser von 25mm (1″) eine Abweichung von 0,05mm (+/-0,002″) aufweisen, was keiner hochwertigen Stabilität gleichkommt. Steel Rule Stanzen sind völlig ausreichend für Anwendungen, bei denen die dimensionale Stabilität nicht von entscheidender Wichtigkeit ist. Bei Anwendungen wie Standard CR80 Karten hingegen, die bei Kartenanwendungen im Finanzbereich verwendet werden, sind diese unbrauchbar, da Abweichungen der Maße dazu führen können, dass Karten nicht in Lesegeräte passen, die wiederum für ihre Funktionalität auf gleichmäßige Formen angewiesen sind. Ein weiterer inhärenter Nachteil der Steel Rule Stanzen ist deren Kurzlebigkeit. Im besten Fall überstehen Steel rule Stanzen 150.000 Prozessabläufe. Meistens jedoch, abhängig vom gestanzten Material, liegt diese Zahl deutlich unter 150.000 – manchmal sogar bei nur 10.000.

Wie Gesamtschnittsysteme sind auch Steel Rule Stanzen Systeme, die das ausgestanzte Material wieder in das Stanzmaterial zurückgeben, was bedeutet, dass ein zusätzlicher Teileauswurfprozess durchlaufen werden muss und dass somit zusätzliche Arbeitszeit anfällt.

Es gibt grundsätzlich zwei Arten von Teileauswurfsystemen. Eine Möglichkeit besteht in der Verwendung von hydraulischem Schub, um die Teile auszuwerfen, wie in Abbildung 17 dargestellt. Ein Drawback besteht darin, dass

Abbildung 17: Auswurfstation

Zu dem Werkzeug passen, das verwendet wird oder irgendwie angepasst werden kann, um unterschiedliche Formen und Teileanordnungen zu kompensieren, was ein großes Hindernis bei der Produktion darstellen kann, vor allem bei häufigen Prozessveränderungen und kurzen Prozessabläufen.

Abbildung 18: Materialbiegung

Eine alternative Methode, die in Abbildung 18 gezeigt wird, beruht auf dem Prinzip des Teileauswurfs, die Bewegung des Materials um eine kleine Kurve mit engem Radius, indem man es über eine Rolle oder ähnliches zieht. Während des Materialumlaufs werden die ausgestanzten Teile freigelegt und können gestapelt oder eingesammelt werden. Diese Lösung ist einfacher für Gewebeanwendungen, aber es gibt auch Teileauswurfvorrichtungen, die in der Lage sind, innerhalb von Ausfuhr-Einfuhr-Geräten, die ebenfalls das Prinzip der Gewebebiegung zur Teileabtrennung verwenden, neue Teile aufzunehmen. Gewebebiegung ist hin und wieder eine überlegene Methode aufgrund ihrer Vielseitigkeit bei der Handhabung von Teilen unterschiedlicher Form, ohne dass das Auswurfwerkzeug angepasst werden muss. Auf der anderen Seite kann es bei der Gewebebiegung zu Problemen mit bestimmten Teileformen und der Notwendigkeit der korrekten Positionierung derselben kommen, um diese dann zuverlässig auswerfen zu können.

Häufig wird für den Auswurf komplexer Teile mit integrierten Formen die Verwendung verschiedener, nacheinander angeordneter Auswurfmethoden empfohlen, wie in Abbildung 19 dargestellt.

Abbildung 19: Kombinierter Auswurf

Dieses Beispiel zeigt das Entfernen internen Rohmaterials, gefolgt von der Entnahme des fertigen Teils.

Zusammenfassung – Werkzeugoptionen

Die Werkzeugauswahl für komplexe Stanzteile mit integrierten Formen reduziert sich auf die exakte Kenntnis der Anforderungen für mechanische Genauigkeit bei einer Anwendung sowie der erwarteten Laufzeit. Für lange Prozessabläufe mit gemäßigten Anforderungen an mechanische Toleranzen eignen sich in der Regel Folgeschnittstanzen am besten. Sind jedoch für einen langen Arbeitsablauf sehr enge Toleranzen vorgegeben, so ist unter Umständen ein Gesamtschnittsystem kosteneffizienter. Bei kurzen Arbeitsabläufen mit lockeren mechanischen Toleranzen sind kostengünstige Steel Rule Stanzen die beste Wahl. Aufgrund der niedrigen Kosten und des geringen Zeitaufwandes werden Steel Rule Stanzen häufig zur Fertigung von prototypischen Arbeitsabläufen eingesetzt, die letztendlich das eine oder andere Hartwerkzeug verwenden, da es für jeden beliebigen Arbeitsablauf mit einer oder mehrerer Millionen Teilen oft kosteneffizienter ist, bei einem Hartwerkzeug zu investieren als permanent Steel Rule Stanzen auszutauschen.

Beratungen zur Auswahl von Werkzeugtypen und Werkzeugeinstellungen sind in der Regel kostenfrei beim Hersteller der Stanzsysteme zu erhalten. Eine Anmerkung zur Vorsicht — Stellen Sie sicher, dass solche Beratungen ausschließlich von Herstellern durchgeführt werden, die ebenso sachkundig bei allen Werkzeugtypen vorgehen, die in diesem vorliegenden Weißbuch beschrieben werden – Folgeschnittsysteme, Gesamtschnittsysteme und Steel Rule Stanzen. Nur so erhalten Sie objektive, unvoreingenommene Informationen zu den besten und passendsten Technologien für Ihre gegebenen Produktionsherausforderungen.
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Tom Kleeman ist Hauptgeschäftsführer bei Spartanics (www.spartanics.com), einem Unternehmen, das eine Reihe von Produkten automatisierten Equipments zum Schneiden, Stanzen, Laserstanzen, zur Zählung und Inspektion entwickelt und herstellt, welches weltweit im Druckgewerbe, von Kartenherstellern, Labelproduzenten und anderen Konverterunternehmen sowie weiteren verarbeitenden Branchen von Flachmaterialien eingesetzt wird. Das weltweite Servicenetz unterhält auch Niederlassungen und Ersatzteillager in Deutschland. Fragen und Kommentare leiten Sie bitte weiter an tkleeman@spartanics.com.

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