Entwicklung eines manuellen Einpresswerkzeugs
Konstruktion eines flexiblen Einpresswerkzeugs für Muttern und Bolzen in der Blechverarbeitung
Das Einpressen von Muttern und Bolzen stellt insbesondere bei grösseren Blechteilen eine Herausforderung dar. Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurde ein manuell betätigtes, rein mechanisches Einpresswerkzeug entwickelt und im CAD konstruiert. Ziel war es, den eingeschränkten Arbeitsbereich der vorhandenen Hydraulikpresse zu erweitern. Im Mittelpunkt standen die Entwicklung eines Kniehebelmechanismus, die technische Auslegung sowie die Beurteilung der konstruktiven und wirtschaftlichen Machbarkeit.
Ausgangslage
In der Blechverarbeitung werden Einpressmuttern und Einpressbolzen eingesetzt, um Gewindeverbindungen in Blechteilen herzustellen. Die bei der Kurt Schären AG vorhandene Hydraulikpresse eignet sich für kleinere Fertigungsstücke, stösst jedoch bei grösseren Werkstücken an ihre Grenzen. Aufgrund des eingeschränkten Arbeitsbereichs können bestimmte Einpresspositionen nur schwer oder gar nicht erreicht werden.
Zielsetzung
Ziel dieser Diplomarbeit war die Entwicklung eines manuellen, mobilen und wirtschaftlich sinnvollen Einpresswerkzeugs für Einpressmuttern und Einpressbolzen der Grössen M3 bis M5.
Das Werkzeug sollte für Blechteile bis ungefähr 500 × 500 mm geeignet sein und eine kontrollierte Bearbeitung ermöglichen. Weitere Anforderungen waren eine maximale Handkraft von 290 N, eine sichere Bedienung, eine auf- und abbaubare Konstruktion sowie die Herstellbarkeit mit den vorhandenen betrieblichen Fertigungsmöglichkeiten.
Entwicklung und Konstruktion
Nach der Analyse der Anforderungen wurden verschiedene Lösungsansätze entwickelt und anhand definierter Kriterien miteinander verglichen.
Die gewählte Konstruktion basiert auf einem Kniehebelmechanismus mit manueller Hebelbetätigung und einem höhenverstellbaren Einpressstempel. Durch die mechanische Kraftübersetzung soll die erforderliche Presskraft erzeugt werden.
Das Werkzeug wurde vollständig in SolidWorks konstruiert. Technische Berechnungen, Einpressversuche an der bestehenden Hydraulikpresse und FEM-Analysen dienten dazu, die Konstruktion zu beurteilen und mögliche Schwachstellen zu erkennen.
Ergebnisse der Diplomarbeit
Im Rahmen der Diplomarbeit wurde ein mechanisches Einpresswerkzeug vollständig in SolidWorks konstruiert. Mit einer Ausladung von 522 mm konnte die geometrische Anforderung für Werkstücke bis 500 × 500 mm erfüllt werden.
Die Berechnung des Kniehebelmechanismus ergab bei einer angenommenen Handkraft von 290 N eine theoretische Einpresskraft von rund 24,1 kN für die untersuchte Winkelstellung. Die durchgeführten Einpressversuche an der bestehenden Hydraulikpresse zeigten jedoch, dass diese Kraft nicht für sämtliche vorgesehenen Anwendungen ausreicht.
Eine weitere Herausforderung stellte die Festigkeit der Rahmenkonstruktion dar. Durch zusätzliche Verstärkungen konnte die maximale berechnete Vergleichsspannung in der FEM-Analyse von 1'038,5 MPa auf 437,4 MPa reduziert werden. Die maximale Verschiebung betrug nach der Verstärkung rund 1,53 mm. Die geforderte Mindestsicherheit konnte jedoch nicht nachgewiesen werden.
Die geschätzten Herstellungskosten betragen rund CHF 1'654. Aufgrund der technischen Einschränkungen und des derzeit geringen betrieblichen Bedarfs wird eine Herstellung zum jetzigen Zeitpunkt nicht empfohlen.
Fazit und Erkenntnisse
Die Diplomarbeit verdeutlicht die Herausforderungen bei der Entwicklung eines manuellen Einpresswerkzeugs, das eine hohe Presskraft mit einem grossen Arbeitsbereich und einer möglichst tragbaren Konstruktion verbinden soll.
Obwohl nicht sämtliche Anforderungen erfüllt werden konnten, entstand ein vollständig ausgearbeitetes CAD-Modell mit technischen Berechnungen, Fertigungszeichnungen und einer nachvollziehbaren Beurteilung der konstruktiven Grenzen.
Das Einpresswerkzeug wurde nicht hergestellt. Eine praktische Überprüfung der Funktion, der erreichbaren Presskraft und der sicheren Bedienung war deshalb nicht möglich.
Eine wesentliche Erkenntnis dieser Arbeit ist, dass die technischen Anforderungen möglichst früh überprüft und bei nicht erfüllten Festforderungen alternative Lösungsansätze erneut untersucht werden sollten. Die gewonnenen Erkenntnisse bilden eine Grundlage für mögliche zukünftige Entwicklungen.
Roman Balli
Gelernter Anlagen- und Apparatebauer EFZ und angehender dipl. Maschinenbautechniker HF. Durch meine Berufserfahrung in der Blechverarbeitung, Arbeitsvorbereitung und technischen Machbarkeitsprüfung verfüge ich über fundierte praktische Kenntnisse.
balli.roman@hotmail.com
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