Wissen kompakt: Stanzen

Was ist Stanzen?

Stanzen ist ein trennendes Verfahren, welches vorwiegend zur Lochung von flachen Materialien Anwendung findet. Die Mindestausstattung einer Stanzvorrichtung besteht aus zwei Werkzeugteilen - einem Halter für Stempel und einem Halter für Matrizen. Beim Eingreifen des Stempels in die Matrize wird das Material durch einen Scherschnitt getrennt.

In erster Linie dient das Stanzen zur Erstellung von Rund- oder Profillochungen in zugeführte Materialien - der nachfolgende Artikel behandelt hauptsächlich zugeführte Materialbahnen. Der Stanzprozess wird aber auch dort eingesetzt, wo das Entfernen des entstehenden Abfalls sich andernfalls schwierig gestalten würde.

Gestanzt werden unter anderem dünne Materialien wie Kunststoff- & Metallfolien, Filme und Papiere, aber auch dickere Materialien wie z.B. Kartonagen, Verbundstoffe, Leder und Bleche. Dünne Materialien werden direkt in der Druck- und weiterverarbeitenden Industrie gestanzt und dienen später als Produkt oder Verpackung beispielsweise in der Lebensmittelbranche, Hygiene-, Medizin- und Pharmaindustrie.

Außerdem spielt das Stanzen eine wichtige Rolle bei der Bearbeitung von Metallfolien für technisch anspruchsvolle Produkte, wie zum Beispiel in der Raumfahrt oder in der Elektronikindustrie.

Eine weitere Anwendung ist das Stanzen von Profilen in Bleche für die Bauindustrie und den Metallbau.

Welche Produkte werden gestanzt oder enthalten Stanzungen?

Teebeutel, Tee-Etiketten & Tee-Sticks, Preisauszeichnungsetiketten, Selbstklebe Etiketten und Einspritzlöcher bei Inmould Etiketten, Parkscheine, Flugtickets, Obst-Umhüllungen, Ausgießöffnungen von Flüssigkeitsverpackungen, Verpackungsmaterialien, Sicherheitsmerkmale auf Dokumenten, Abreißperforation bei Briefmarken oder Endlosformularen, Kunstleder, pharmazeutische Produkte wie z.B. Blutzucker Teststreifen, Bänder mit Transportlochungen, Brennstoffzellen, Batterien, Filter, Zigarettenverpackungen, Verbindungsprofile, technische Folien, uvm.

Welche Stanzverfahren gibt es?

Generell gibt es zwei verschiedene Stanzverfahren, das konventionelle Hubstanzen und das Rotationsstanzen. Diese zwei Verfahren werden im Folgenden genauer beschrieben.

Hubstanzen

Eine Hubstanzvorrichtung besteht aus einer Presse, in welcher ein Stanzwerkzeug befestigt wird. Das Stanzwerkzeug besteht in der Regel aus einem flachen Oberwerkzeug und einem Unterwerkzeug. Im Oberwerkzeug befinden sich in der Regel die Stanzstempel, im Unterwerkzeug die dazu passende Matrize. Beide Werkzeuge werden so präzise zueinander ausgerichtet, dass die im Oberwerkzeug montierten Stempel in die Matrize des Unterwerkzeugs treffen. Ober- und Unterwerkzeug bewegen sich über Führungen parallel aufeinander zu.  Zwischen den Werkzeugen verläuft die Materialbahn. Beim Eintauchen aller Stempel in die Matrizen wirkt die gesamte Stanzkraft auf einmal (Flächenlast) auf das zu bearbeitende Material. Die Stanzabfälle tauchen in die Matrize ein und fallen vertikal nach unten.

Beim Hubstanzen wird das Material getaktet eingeführt, das heißt der Materialvorschub wird während dem Stanzvorgang unterbrochen. Für den Fall, dass die gestanzte Materialbahn später weiterverarbeitet wird, gilt es einen exakten Materialvorschub einzuhalten. Ist dieser aufgrund von Schlupf oder Spiel in der Vorschubmechanik nicht gewährleistet, können Ungenauigkeiten/ Passer Schwankungen auftreten.

Rotationsstanzen

Beim Rotationsstanzen werden die Stanzwerkzeuge direkt in Hochgenauigkeitslagerungen oder verschiebbar auf zwei Wellen montiert. Das Stempelträger Werkzeug wird in der Regel auf eine sich oberhalb befindende Welle gespannt. Unterhalb ist das Matrizenhaltewerkzeug angeordnet. Zwischen beiden Werkzeugen verläuft die Materialbahn mit kontinuierlichem Vorschub. Die komplette Stanzvorrichtung kann je nach Anwendung direkt in einem Maschinengestell oder in einem separaten Einbauaggregat fixiert werden.

Beim Stanzen rotieren die Werkzeuge kontinuierlich, so dringt der Stempel punktuell in die Matrize ein und durchwandert diese solange, bis er wieder austritt. Die punktuelle Belastung erfordert eine geringere Stanzkraft als das Hubstanzen. Der Stanzabfall wird durch den Stempel in die Matrize gedrückt und horizontal / seitlich abgesaugt. Die Absaugung erfolgt zentral durch einen Matrizenhohlzylinder oder bei Einzelwerkzeugen über Absaugglocken.

Technische Daten

Hubstanzen

Die Leistung in linearen Metern pro Minute ist beim Hubstanzen abhängig von der Stanzwerkzeuglänge in Bahnlaufrichtung - also dem Vorschub - und der Anzahl der Hübe pro Minute.

Hochleistungsstanzmaschinen bewältigen bei dünnen Folien derzeit bis zu 350 Hübe pro Minute. Abhängig von der Materialbahnbreite können in der Regel Vorschublängen von  50 mm bis 1.000 mm realisiert werden.

Rotationsstanzen

Im Rotationsstanzverfahren können derzeit Materialbahnen mit Arbeitsbreiten von 10 mm bis zu 2.000 mm gestanzt werden. Je nach Art der Anwendung sind dabei Geschwindigkeiten zwischen 1 m/min und 800 m/min möglich. Der Durchmesser der Stanzungen kann von 0,5 mm bis ca. 50 mm reichen.

Vorteile beider Verfahren

Hubstanzen

Teilweise günstigere Werkzeugkosten. Vorteilhaft bei häufig wechselnden Stanzkonturen.

Rotationsstanzen

Höhere Produktivität, da durch die kontinuierliche Materialzufuhr eine sehr hohe Bearbeitungsgeschwindigkeit erreicht werden kann. Durch eine exakte, kontrollierte Bahnspannung, wird eine hohe Stanzqualität und Teilungsgenauigkeit in Bahnlaufrichtung gewährleistet. Durch die punktuelle Bearbeitung (Linienlast) ergeben sich geringere Stanzkräfte (höhere Standzeit), ein reduzierter Energieverbrauch sowie eine geringere Lärm- & Vibrationsentwicklung.

Was sollte bei der Wahl des Stanzverfahrens beachtet werden?

Beide Stanzverfahren haben ihre spezifischen Vor- und Nachteile. Dementsprechend sollte je nach Art der Anwendung unterschieden werden, welches Verfahren vorzuziehen ist.

Die Investitionskosten für die Presse einer Hubstanzvorrichtung sind in der Regel höher als die Investitionskosten für eine Rotationsstanzvorrichtung. Allerdings sind die Werkzeugkosten beim Hubstanzen oft geringer als beim Rotationsstanzen. Daher sind Hubstanzen vor allem bei kleinen Produktionsmengen und häufig wechselnden Stanzkonturen vorteilhaft.

Wenn für die Weiterverarbeitung der Produkte eine hohe Stanzgenauigkeit oder eine hohe Geschwindigkeit gefordert wird, ist hingegen das Rotationsstanzen meist vorzuziehen. Durch die geringere Stanzkraft weist das Rotationsstanzen zudem eine deutlich geringere Lärmentwicklung auf. Dies kann beispielsweise aufgrund von lokalen Lärmschutzanforderungen eine wichtige Rolle spielen. Zusätzlich sollten vorgeschaltete Bearbeitungstechnologien (z.B. der Druck oder die Kaschieranlagen) und der zur Verfügung stehende Platz in die Überlegungen bei der Wahl der Weiterverarbeitungsprozesse mit einbezogen werden.

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