Im Inneren einer Servopresse arbeiten mehrere mechanische Elemente eng zusammen. Das Wälzlager übernimmt die Führung der Spindel und nimmt gleichzeitig die axialen Prozesskräfte auf. Diese steife Lagerung bildet die Grundlage dafür, dass die Servopresse auch bei hohen Belastungen stabil arbeitet. Der verdrehgesicherte Stempel sichert eine exakte lineare Führung bei der Auf- und Abwärtsbewegung des Stempels.

Zentrales Element der Bewegungsumwandlung ist der Kugelgewindetrieb. Er besteht aus Spindel und Kugelmutter, die über umlaufende Kugeln nahezu reibungsfrei miteinander interagieren. Dreht der Motor die Spindel, bewegt sich die Kugelmutter in Abhängigkeit von der Drehrichtung nach oben oder unten und überträgt diese Bewegung direkt auf den Stempel. Die Spindel wirkt dabei wie eine Schraube, während die Kugelmutter als passendes Gegenstück fungiert und die Drehung in eine präzise, lineare Vorschubbewegung übersetzt.

Der Stempel bildet das finale Glied der mechanischen Kette. Er übernimmt die Aufgabe, die erzeugte Kraft und Bewegung kontrolliert auf Werkzeug oder Bauteil zu übertragen. Er ist im Außenrohr geführt, das gleichzeitig als schützende Hülle und tragendes Strukturelement dient.

Ergänzend zu diesen mechanischen Komponenten spielt die Kraftsensorik eine zentrale Rolle für die Prozessqualität. In vielen Servopressen ist ein interner Kraftsensor direkt im Kraftfluss der Mechanik integriert. Er misst die wirkenden Zug- und Druckkräfte unmittelbar im System und ermöglicht dadurch eine sehr präzise und reproduzierbare Kraftregelung. Diese interne Messung ist besonders vorteilhaft, wenn hohe Genauigkeit und eine kompakte Bauweise gefragt sind.

Alternativ können auch externe Kraftsensoren eingesetzt werden, die außerhalb der Presse, etwa unter dem Werkstück oder in der Aufnahmevorrichtung, montiert sind. Sie erfassen die Kräfte unmittelbar am Bauteil und bieten dadurch eine hohe Flexibilität, insbesondere wenn unterschiedliche Werkzeuge oder Messpositionen benötigt werden. Durch die Kombination aus internem oder externem Kraftaufnehmer und der präzisen mechanischen Führung entsteht ein geschlossenes System, das Kraft und Weg jederzeit zuverlässig überwacht und damit die Grundlage für stabile und dokumentierbare Fügeprozesse schafft.

Wie läuft der Fügeprozess mithilfe einer Servopresse ab?

Mithilfe einer leistungsfähigen Software lassen sich Bewegungsprofile, Kraftverläufe, Geschwindigkeiten und Toleranzbereiche so anpassen, dass der Prozess exakt auf die jeweilige Anwendung oder die spezifische Kundenvorgabe abgestimmt ist. Dadurch entsteht aus einem allgemeinen Grundprinzip ein hochindividualisierter Ablauf, der sowohl einfache als auch komplexe Fügeaufgaben zuverlässig ausführt.

Grundlegend kann ein Fügeprozess jedoch vereinfach wie folgt dargestellt werden. Zu Beginn eines Zyklus positioniert sich der Stempel in einer definierten Ausgangslage. Da moderne Servopressen mit Absolutwertgebern arbeiten, kennt die Steuerung die exakte Position des Stempels jederzeit, unabhängig davon, ob die Presse zuvor ausgeschaltet oder unterbrochen wurde. Diese ständige Positionskenntnis ermöglicht einen sofortigen und reproduzierbaren Prozessstart ohne zusätzliche Referenzfahrten.

Im nächsten Schritt nähert sich der Stempel dem Bauteil. Die Zustellbewegung kann je nach Applikation sehr unterschiedlich gestaltet sein. In automatisierten Hochgeschwindigkeitsprozessen erfolgt sie oft zügig, während bei empfindlichen Bauteilen oder Sicherheitskomponenten eine langsame und feinfühlige Annäherung gewählt wird. Entscheidend ist der Moment, in dem der Stempel das Bauteil berührt. Dies wird in der Regel über einen deutlichen Anstieg der Kraft erkannt, den die integrierte Sensorik zuverlässig detektiert.

Mit Erreichen dieses Kontakts beginnt die eigentliche Fügephase. Hier stehen verschiedene Strategien zur Verfügung. Bei der weggeführten Arbeitsweise wird der Stempel bis zu einer vordefinierten Position verfahren, während der Kraftverlauf durchgehend überwacht wird. Bei der kraftgeführten Variante liegt der Fokus auf dem Aufbau einer bestimmten Kraft, während der maximale Weg begrenzt bleibt. Häufig werden auch mehrstufige Profile verwendet, die verschiedene Bewegungsabschnitte, Kraftgrenzen und Geschwindigkeiten miteinander kombinieren, etwa um mehrere Prozessschritte in einem Zyklus abzubilden. Während des gesamten Vorgangs erfassen Sensorik und Steuerung kontinuierlich Kraft und Weg und regeln den Ablauf in Echtzeit. Dies stellt sicher, dass selbst kleinste Abweichungen erkannt und ausgeglichen werden können.

Parallel hierzu erfolgt die umfassende Prozessüberwachung. Aus jedem Fügezyklus entsteht eine Kraft-Weg-Kurve, die vom System analysiert und mit den zuvor festgelegten Toleranzgrenzen, charakteristischen Punkten oder energetischen Kennwerten verglichen wird. Das Ergebnis dieser Bewertung ist ein eindeutiges IO oder NIO Urteil, das sowohl für die Qualitätsdokumentation als auch für nachgelagerte Prozesse relevant ist.

Nach Abschluss des Fügevorgangs fährt der Stempel automatisch in seine Ausgangsposition zurück. Damit ist der Zyklus beendet und die Servopresse unmittelbar für den nächsten Vorgang bereit. Durch dieses Zusammenspiel aus kontrollierter Bewegung, Echtzeitregelung und kontinuierlicher Überwachung entsteht ein präziser, stabiler und anpassungsfähiger Fügeprozess, der sich flexibel in unterschiedlichste industrielle Anwendungen integrieren lässt.

Servopressen als Alternative zu Pneumatik und Hydraulik

Für Anwender, die Servopressen noch gar nicht kennen, ist es wichtig zu verstehen, warum elektromechanische Fügesysteme heute in vielen Bereichen klassische Zylinder ersetzen.

Technische Vorteile

• Hohe Präzision bei Kraft und Weg
• Reproduzierbarkeit über tausende Zyklen
• Energieeffizienz, da nur während der Bewegung Strom benötigt wird
• Saubere Arbeitsumgebung, keine Leckagegefahr wie bei Hydraulik
• Flexible Parametrierbarkeit ohne Hardwareumbau
• Umfassende Datenerfassung für Qualitätsdokumentation und Rückverfolgbarkeit
• Hohe Dynamik und schnelle Reaktionen durch moderne Regelungstechnik

Wirtschaftliche Vorteile

• Geringere Betriebskosten durch Wegfall von Hydraulikaggregaten und Druckluft
• Reduzierte Wartung
• Kürzere Umrüstzeiten
• Bessere Eignung für vernetzte Produktion (Industrie 4.0)

Für eine noch anschaulichere Darstellung des Aufbaus und der Funktionsweise eines Fügemoduls lohnt sich zudem ein Blick auf unseren YouTube-Kanal.