Wenn in einem Folgestanzwerkzeug eine Stahlfeder bricht, steht die Linie still, und mit abgenommenem Werkzeugdeckel sucht der Mechaniker Windungsbruchstücke durch das gesamte Nest. Eine Polyurethanfeder führt dieses Szenario nicht herbei: Sie bricht nicht in Stücke, sondern verliert allmählich den Hub, sodass der Verschleiß im Voraus sichtbar ist. Im Folgenden erläutern wir, wo Polyurethan Stahl und Gummi im Stanzwerkzeug übertrifft, welche Zahlen das belegen und wie eine Feder nach Ihrer Zeichnung bestellt wird.
Was Polyurethanfedern im Stanzwerkzeug und in der Presse leisten
Eine Polyurethanfeder bringt das Niederhalterelement des Stanzwerkzeugs ebenso in die Ausgangsposition zurück wie eine Stahlwindungsfeder, ohne jedoch Ermüdungsbruchrisiko und mit weicherer Kraftcharakteristik. Sie wird in Abstreifer, Niederhalter, Auswerfer und Pufferformteile eingebaut, wo das Teil tausende Zyklen hintereinander auf Druck belastet wird.
Der Hauptvorteil liegt im Betriebscharakter. Eine Stahlwindungsfeder hat eine starre lineare Kennlinie und konzentriert Spannungen in den Windungen, sodass sie mit der Zeit am Stirnende bricht. Polyurethan verformt sich über das gesamte Volumen, speichert Energie und gibt sie beim Entlasten zurück. Die Rückprallelastizität von Gieß-Polyurethan beträgt 34 bis 61%, das Material gibt also den größten Teil der aufgebrachten Energie zurück, statt sie in Wärme und plastische Verformung zu dissipieren.
Für den Konstrukteur bedeutet das Kompaktheit. Wo eine Stahlfeder eine lange Aufnahme für den vollen Windungshub benötigt, liefert ein Polyurethanelement die erforderliche Kraft bei kurzem Arbeitshub. Das ist entscheidend für eng gestapelte Folgestanzwerkzeuge, wo jeder Millimeter der Pakethöhe zählt.
Auch die Beständigkeit gegenüber der Werkzeugumgebung spielt eine Rolle. Die Werkzeugoberfläche ist ständig mit Schmierstoff und Kühlschmiermittel benetzt, die gewöhnlichen Gummi zerfressen und schwächen. Gieß-Polyurethan hat eine ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber technischen Ölen, quillt nicht auf und verliert durch den Kontakt keine Kraft. Der Betriebsbereich -60 bis +100 °C ermöglicht den Einsatz sowohl in kalten Hallen als auch bei Werkzeugerwärmung während intensiver Stanzarbeit.
Polyurethan vs. Stahlfeder und Gummi: Zahlen
Direkte Antwort: Polyurethan gewinnt bei Verschleißfestigkeit und Drucklebensdauer, Stahl bei maximaler Kraft und Temperatur, Gummi verliert bei der Standzeit gegenüber beiden. Für eine fundierte Entscheidung werden die wesentlichen Eigenschaften anhand von Referenzdaten verglichen.
| Eigenschaft | Gieß-Polyurethan (PU) | Gummi NBR | Kohlenstoffstahl (St3, St45) |
|---|---|---|---|
| Abrieb, DIN 53516 | 38 bis 39 mm³ | 80 bis 150 mm³ | k.A. |
| Betriebstemperatur | -60 bis +100 °C | -30 bis +100 °C | -40 bis +500 °C |
| Dichte | 1,05 bis 1,25 g/cm³ | 1,0 bis 1,3 g/cm³ | 7,7 bis 7,9 g/cm³ |
| Zugfestigkeit | 39 bis 87 MPa | 10 bis 25 MPa | 370 bis 700 MPa |
| Rückprallelastizität | 34 bis 61 % | 20 bis 45 % | k.A. |
Zwei Kennwerte in der Tabelle entscheiden die meisten Debatten zugunsten von Polyurethan. Beim Abrieb nach DIN 53516 verliert Polyurethan 38 bis 39 mm³ gegenüber 80 bis 150 mm³ bei NBR-Gummi, hält also im realen Betrieb spürbar länger. Gemessen am TIMOL-Kanonwert ist die Verschleißfestigkeit von Polyurethan 2-5-mal höher als die von Standardgummi, daher müssen Federn daraus nicht monatlich gewechselt werden.
Stahl gewinnt in zwei Punkten: Dichte 7,7 bis 7,9 g/cm³ ergibt große Masse, und Zugfestigkeit 370 bis 700 MPa bietet sehr hohe Grenzkraft. Wo also maximale Niederhaltekraft in einer Schwerpresse gefragt ist, bleibt Stahl die Wahl. Stahl dämpft jedoch keine Stöße, korrodiert durch Kühlschmiermittel und versagt durch Ermüdung. Polyurethan ist bei gleicher Baugröße sechs- bis siebenmal leichter, unempfindlich gegen Öle und arbeitet im Bereich -60 bis +100 °C.
Ingenieurhinweis: Wählen Sie die Federhärte nach der Kraft, nicht umgekehrt. Für einen weichen Abstreifer nehmen Sie Polyurethan nahe 80 Shore A, für einen harten Niederhalter nahe 95 Shore A oder an der unteren Grenze der D-Skala. Lassen Sie Spiel für die Querausdehnung: Unter Last nimmt Polyurethan im Durchmesser zu, und wenn das Nest zu eng ist, arbeitet das Teil auf Spreizung und ermüdet schneller.
Wo Federn sitzen und wie sie montiert werden
Polyurethanfedern werden in die Aufnahmen des Stanzwerkzeugs auf den Führungsbolzen oder in eine Sacklochbohrung eingesetzt, wo sie zwischen beweglicher und fester Platte auf Druck arbeiten. Die häufigsten Einbauorte: Bandabstreifer, Niederhalter beim Tiefziehen, Auswurffeder für Fertigteile und Puffer zur Hubbegrenzung des Stößels.
Die Montage ist einfach: Die Feder wird auf den Führungsstift gesteckt oder in die Ausbohrung eingesetzt, sodass sie streng in der Druckachse arbeitet. Wichtigste Anforderung ist Koaxialität und Freiheit von Schiefstellung, denn Querbelastung ist für jeden Elastomer schädlich. Die Federenden werden plan und parallel ausgeführt, sodass die Kraft gleichmäßig verteilt und nicht an der Kante konzentriert wird.
Die Wartung beschränkt sich auf periodische Sichtprüfung. Polyurethan bricht nicht plötzlich, es setzt sich allmählich und verliert die Anfangshöhe, sodass eine Planung des Austauschs anhand des abnehmenden Arbeitshubs möglich ist, bevor die Niederhaltekraft unter den Sollwert fällt. Das beseitigt die ungeplanten Stillstände, die für brechende Stahlfedern ohne Vorwarnung typisch sind. Weitere verschleißfeste Lösungen für Gleitknoten finden Sie im Katalog.
Härte, Querschnitt und Hub wählen
Die Wahl beginnt mit der erforderlichen Kraft und dem zulässigen Hub, und darauf werden Härte und Querschnitt abgestimmt. TIMOL-Polyurethan wird im Härtebereich von 50 Shore A bis 70 Shore D gefertigt, sodass dieselbe Geometrie sowohl als weich-dämpfendes als auch als hart-kraftschlüssiges Ausführung erhältlich ist.
Die Elementsteifigkeit hängt von drei Parametern ab: Materialhärte, Querschnittsfläche und Arbeitshöhe. Je dickere Wandung und höhere Härte, desto mehr Kraft bei gleichem Hub. Je höher das Teil, desto größer der verfügbare Hub. Daher balanciert der Konstrukteur unter der begrenzten Nestbaugröße zwischen Härte und Querschnitt, um die vorgegebene Charakteristik zu erhalten.
Wichtig ist ein Kompressionsreserve einzuplanen. Der Arbeitshub einer Polyurethanfeder wird in der Regel so begrenzt, dass das Material nicht bis zur vollständigen Volumenklemmung gebracht wird, sonst steigt die Kraft abrupt und die Standzeit sinkt. Der erfahrene Werktechnologe berechnet diese Grenzen für Ihren Zyklus, wenn Kraft, Hub und Nestbaugröße angegeben werden. Fragen zur Härtewahl für konkrete Chemikalien und Abrasivstoff werden im Referenzbereich ausführlich behandelt.
Fertigung von Polyurethanfedern nach Zeichnung beim Werk TIMOL
Polyurethanfedern für ein bestimmtes Stanzwerkzeug werden direkt beim Werk TIMOL in Dnipro bestellt. Wir gießen Produkte im Freigießverfahren, was die Herstellung sowohl einfacher zylindrischer Federn als auch Formteile mit Bohrungen für Führungsstifte, Bunden und Sitzwülsten für Ihre Aufnahme ermöglicht.
Das Freigießverfahren erfordert keine teure Metallform für jede Typenreihe, sodass es sich sowohl für ein Einzelreparaturteil als auch für eine Serie lohnt. Polyurethan-Lösungen werden in 12 Industriezweigen eingesetzt, von der Metallverarbeitung bis zur Bergbautechnik, und in jedem Fall wird das Teil auf die tatsächlichen Knotenbedingungen abgestimmt.
Senden Sie die Zeichnung, eine Skizze oder ein Muster der verschlissenen Stahlfeder, und wir wählen die Härte, berechnen die Kraft und bestätigen den Termin. Für Beratung und Kalkulation für Ihr Werkzeug wenden Sie sich über die Kontaktseite.