Hubgeschwindigkeit

Im Bereich der Wellpappe-Verpackung ist die Hubgeschwindigkeit von essentieller Bedeutung. Sie spielt in verschiedenen Bereichen dieser Branche eine wichtige Rolle, angefangen von der Produktion bis hin zur Maschinenoptimierung und Qualitätssicherung.

Sie beeinflusst Taktzeit, Durchsatz und Stabilität des gesamten Prozesses – vom Einzug und Transport über Rillen und Stanzen bis zum Falten, Kleben und Stapeln. Eine passend gewählte Hubgeschwindigkeit schafft ein reproduzierbares Prozessfenster, reduziert Ausschuss und unterstützt konstante Materialeigenschaften über unterschiedliche Chargen und klimatische Bedingungen hinweg. In der Praxis wirkt sie als Stellhebel, um Formatwechsel, Werkzeugzustand und Materialschwankungen in ein robustes, wirtschaftliches Produktionsfenster zu integrieren und die Planbarkeit der Auftragsabwicklung zu erhöhen.

Definition: Was versteht man unter Hubgeschwindigkeit?

Unter dem Begriff Hubgeschwindigkeit versteht man die Geschwindigkeit, mit der sich der Hubbalken einer Wellpappenmaschine auf und ab bewegt. Sie wird in der Regel in Hüben pro Minute gemessen und beeinflusst maßgeblich den Produktionsprozess.

Im engeren Sinne umfasst die Hubgeschwindigkeit sowohl die reine Taktfrequenz (Hübe/Minute) als auch die daraus abgeleiteten Zeitanteile pro Hub (Beschleunigen, Halte- bzw. Presszeit, Rückhub). In der Praxis wird ergänzend der Hubweg (Hubhöhe) betrachtet, da identische Hübe/Minute bei unterschiedlichem Hubweg zu verschiedenartigen Materialbeanspruchungen führen können. Zusätzlich spielt die Form des Bewegungsprofils (gleichmäßig, kurvengetrieben, servosynchron) eine Rolle, weil identische Hübe/Minute mit unterschiedlichen Beschleunigungs- und Verzögerungsverläufen zu abweichender Schnitt-, Rill- und Klebequalität führen können.

Einheiten und Kennwerte

• Taktfrequenz (Hübe/Minute): zentrale Kennzahl für die Leistungsfähigkeit.
• Hubweg (mm): beeinflusst Kontaktzeit, Presskraftverteilung und Werkzeugdurchdringung.
• Beschleunigung und Verzögerung: relevant für Vibrationen, Genauigkeit und Bauteilverschleiß.
• Verweilzeit im unteren Totpunkt: wichtig für Schnitt- und Prägequalität.
• Ruck (Änderung der Beschleunigung): beeinflusst Resonanzanregung, Greiferhalt und Bauteilschonung.
• Positionsgenauigkeit (Wiederholgenauigkeit): bestimmt Maßhaltigkeit und Registertreue bei Mehrfachnutzen.

Funktionsweise und Relevanz der Hubgeschwindigkeit

Die Hubgeschwindigkeit ist für den gesamten Produktionsablauf entscheidend. Sie bestimmt, wie schnell die Wellpappe durch die Maschine läuft und beeinflusst somit direkt die Produktionskapazität. Darüber hinaus hat sie Einfluss auf die Qualität der hergestellten Wellpappe, da eine zu hohe oder zu niedrige Hubgeschwindigkeit zu Fehlern im Endprodukt führen kann. Qualitätssicherung und Produktionseffizienz sind eng mit ihr verbunden.

In der Prozesskette wirken Hubgeschwindigkeit, Hubweg, Werkzeugzustand und Materialeigenschaften zusammen. Ein höherer Takt reduziert die Zeit pro Arbeitsschritt, was zu geringerer Verweilzeit im Werkzeug führt. Bei Stanz- oder Rillprozessen kann das die Schnittsauberkeit und Maßhaltigkeit beeinflussen. Umgekehrt sorgt ein moderater Takt für längere Kontaktzeiten und erhöhte Prozessstabilität, jedoch auf Kosten des Durchsatzes. Servogetriebene Kinematiken erlauben zudem angepasste Bewegungsprofile (beispielsweise sanftes Absenken bei gleichbleibender Verweilzeit), wodurch bei gleicher Taktfrequenz fühlbar bessere Kantenqualität erzielt werden kann.

Wechselwirkungen mit Material und Werkzeug

• Material: Grammatur, Wellenprofil, Feuchtegehalt und Klebstoffsystem reagieren sensibel auf Taktänderungen.
• Werkzeuge: Verschlissene Schneidlinien erfordern oft geringere Takte oder längere Verweilzeiten für saubere Ergebnisse.
• Transport und Greifer: Zu hohe Beschleunigungen können Bogenversatz, Risse oder Quetschungen begünstigen.
• Klebe- und Beschichtungszonen: Kürzere Kontaktzeiten können die Benetzung und Adhäsion beeinflussen und Nacharbeit verursachen.
• Register und Ausrichtung: Unzureichende Synchronisation bei hohem Takt führt zu Passerdifferenzen zwischen Druck-, Rill- und Stanzbild.

Einflussfaktoren auf die geeignete Hubgeschwindigkeit

• Werkstoffparameter: Steifigkeit, Dicke, Feuchte und Temperatur der Wellpappe.
• Prozessparameter: Hubweg, Presskraft, Werkzeugspalt, Führungs- und Lagerzustand.
• Umgebungsbedingungen: Raumklima, Papierkonditionierung, saisonale Schwankungen.
• Maschinenzustand: Schmierung, Dämpfungselemente, Antriebskinematik, Schwingungsverhalten.
• Produktmerkmale: Format, Nutzenanordnung, Rill- und Schnittbild, geforderte Toleranzen.
• Greifer- und Vakuumtechnik: Haltekraft und Anpressdruck beeinflussen die sichere Bogenführung bei hohen Takten.
• Auftragsstruktur: Häufigkeit von Rüstungen, Losgrößen und Variantenvielfalt bestimmen die wirtschaftliche Taktwahl.

Auswirkungen von Änderungen der Hubgeschwindigkeit

Eine Veränderung der Hubgeschwindigkeit hat diverse Auswirkungen auf den Produktionsprozess und das Endprodukt. Bei einer Erhöhung der Hubgeschwindigkeit produziert die Maschine mehr Wellpappe pro Zeiteinheit, jedoch kann dies zu Qualitätsverlusten aufgrund von Fehlern oder Mängeln führen. Eine Verringerung der Hubgeschwindigkeit hingegen senkt die Produktionskapazität, kann aber die Qualität der Wellpappe verbessern. Daher wird stets ein ausgewogenes Verhältnis angestrebt.

Typische Effekte im Detail:

• Erhöhung: höherer Durchsatz, potenziell mehr Vibrationen, kürzere Verweilzeiten, Risiko von Ausreißern bei feinen Konturen und engen Toleranzen.
• Verringerung: stabilere Führung, bessere Schnitt- und Rillqualität, geringere mechanische Belastung, jedoch längere Taktzeiten.
• Grenzbereiche: Zu niedrige Takte können zu Materialrückfederung und Kantenaufbau führen; zu hohe Takte begünstigen Delamination, Crush oder Kantenrisse.
• Thermik: Veränderte Taktzeiten beeinflussen Temperaturhaushalt und Feuchtegleichgewicht, was sich auf Planlage und Klebeergebnis auswirken kann.
• Energiebedarf: Höhere Takte mit steilen Beschleunigungen erhöhen die Spitzenlasten und damit den Energieeintrag in Antrieb und Dämpfung.

Qualitätsaspekte und typische Fehlerbilder

• Maßhaltigkeit: Abweichungen durch Bogenversatz oder unzureichende Durchdringung.
• Kantenqualität: Gratbildung, Faserzug, Ausrisse bei zu kurzem Eingriff.
• Rillbild: ungleichmäßige Rilltiefe, gebrochene Deckschichten bei hoher Dynamik.
• Planlage: Wellenbildung oder Crush bei ungünstiger Kombination aus Takt, Druck und Feuchte.
• Staubbildung: erhöhte Partikel bei hoher Schnittdynamik, die Greifer und Sensorik beeinflussen können.
• Oberflächendefekte: Quetschungen, Glanzstellen oder Abrieb durch unpassende Anpressprofile im unteren Totpunkt.

Messung, Überwachung und Regelung

Zur Beurteilung der Hubgeschwindigkeit werden Taktzähler, Wegmesssysteme und Zustandsdaten der Antriebe herangezogen. Prozessdaten (Hübe/Minute, Hubweg, Stromaufnahme, Schwingungen) werden häufig geloggt und mit Qualitätsmerkmalen (Ausschussquote, Toleranzabweichungen) korreliert. Eine kontinuierliche Überwachung unterstützt die vorausschauende Instandhaltung und reduziert Stillstände.

• Prozessfenster: Definition von Min-/Max-Werten für Takt, Weg und Verweilzeit.
• Versuchspläne: systematische Anpassung einzelner Parameter unter konstanten Bedingungen.
• Rüstvorgaben: standardisierte Startwerte je Materialklasse und Format.
• Statistische Prozesskontrolle: Laufende Auswertung von Stichproben, um Drift in Richtung Grenzbereiche frühzeitig zu erkennen.
• Zustandsüberwachung: Vibrations- und Temperaturanalysen an Lagern, Führungen und Antrieben zur Ableitung optimaler Taktfenster.

Optimierung und praxisnahe Einstellung

Die optimale Hubgeschwindigkeit entsteht aus dem Abgleich von Qualitätsanforderungen, Materialverhalten und gefordertem Durchsatz. In der Praxis bewährt sich ein schrittweises Vorgehen: Von konservativen Startwerten aus wird der Takt erhöht, bis erste Qualitätsgrenzen sichtbar werden. Anschließend erfolgt die Feinjustage über Hubweg, Presskraft, Werkzeugzustand und Verweilzeit.

Auch logistische Aspekte wirken indirekt: Rüsthäufigkeit, Formatwechsel und Auftragsstruktur beeinflussen die wirtschaftliche Wahl des Takts. Nützlich ist hier ein Verständnis der Zusammenhänge zwischen Losgröße, Rüstzeit und Prozessgeschwindigkeit in der Fertigung, um die Hubgeschwindigkeit in ein stimmiges Gesamtkonzept einzubetten.

• Werkzeugpflege: Nachschliff und Inspektion verringern die notwendige Verweilzeit.
• Materialkonditionierung: stabile Feuchte/Temperatur erhöht das nutzbare Prozessfenster.
• Schwingungsdämpfung: reduziert Resonanzen bei höheren Taktfrequenzen.
• Dokumentation: Soll-/Ist-Werte je Artikel erleichtern reproduzierbare Ergebnisse.
• Bewegungsprofile: Anpassung der Kurven (sanftes Aufsetzen, definierte Presszeit) verbessert die Reproduzierbarkeit bei gleichbleibendem Takt.

Vor- und Nachteile von Hubgeschwindigkeit

Die Vorteile einer hohen Hubgeschwindigkeit liegen auf der Hand: eine hohe Produktionsgeschwindigkeit und eine maximale Auslastung der Produktionsanlagen. Dies ermöglicht eine effiziente Nutzung der Ressourcen und kann zu Kostensenkungen im Produktionsprozess führen. Die Nachteile sind jedoch auch offensichtlich. Eine zu hohe Hubgeschwindigkeit kann Fehler und Qualitätseinbußen verursachen. Daher ist es essentiell, die Hubgeschwindigkeit optimal einzustellen, um sowohl hohe Leistung als auch hohe Qualität zu gewährleisten.

Abwägung in der Praxis:

• Pro: kürzere Durchlaufzeiten, geringere Stückkosten, bessere Kapazitätsnutzung.
• Contra: erhöhtes Risiko für Qualitätsabweichungen, möglicher Verschleißanstieg, sensibleres Verhalten bei Materialschwankungen.
• Nebenwirkungen: potenziell höhere Lärmemissionen und Energiebedarf bei steilen Beschleunigungsprofilen.

Berechnungsbeispiel und Richtwerte

Die Taktzeit pro Hub ergibt sich als Kehrwert der Taktfrequenz: Bei 120 Hüben/Minute stehen rechnerisch 0,5 Sekunden pro Hub zur Verfügung, in denen Anfahrt, Pressphase und Rückhub untergebracht werden müssen. Wird die Verweilzeit beispielsweise auf 120 Millisekunden festgelegt, verbleiben 380 Millisekunden für Beschleunigen und Rückhub. In Verbindung mit einem Hubweg von 20 Millimetern und einem moderaten Beschleunigungsprofil lässt sich so ein belastbares Prozessfenster für feine Stanzkonturen definieren.

• Richtwert grobe Stanzkonturen: höhere Hübe/Minute mit reduziertem Hubweg möglich, sofern Werkzeugzustand gut und Bogenführung stabil ist.
• Richtwert feine Konturen/Rillen: geringerer Takt oder längere Verweilzeit zur Sicherung der Maßhaltigkeit und Kantenqualität.

Praxisbeispiele

Bei leichten E-Welle-Bogen mit hoher Feuchte kann ein moderater Takt mit verlängerter Verweilzeit zu saubereren Rillbildern führen, da die Deckschicht weniger zum Brechen neigt. Dagegen erlaubt eine stabile B-Welle in trockener Umgebung oft erhöhte Hübe/Minute, sofern Greifer und Vakuum zuverlässig führen und das Werkzeug scharf ist. In der Klebeeinheit wird durch ein angepasstes Bewegungsprofil (sanftes Aufsetzen, definierter Anpressbereich) die Benetzung stabilisiert, wodurch die Quote an Nachklebungen sinkt.

Sicherheits- und Arbeitsschutzaspekte

Höhere Hubgeschwindigkeiten erfordern angepasste Schutzkonzepte und klare Betriebsanweisungen. Dazu zählen geprüfte Schutzhauben, verlässliche Stillstandserkennung, regelmäßige Prüfung der Not-Halt-Kreise und dokumentierte Unterweisungen. Eine saubere, staubarme Umgebung reduziert zudem Fehlermeldungen von Sensoren und trägt zu einer konstanten Bogenführung bei.

Zusammenfassung:

• Die Hubgeschwindigkeit ist ein wichtiger Faktor in der Produktion von Verpackungen aus Wellpappe, da sie die Geschwindigkeit bestimmt, mit der die Maschine die Ware wie z.B. Papier in Position bringt.
• Eine hohe Hubgeschwindigkeit kann die Effizienz in Ihrem Unternehmen steigern, da mehr Verpackungen in kürzerer Zeit hergestellt werden können.
• Beachten Sie jedoch, dass eine zu hohe Hubgeschwindigkeit unter Umständen die Qualität der Wellpappe beeinflussen und zu Beschädigungen führen kann. Daher ist es wichtig, immer eine optimale Balance zu finden.
• Relevante Stellgrößen sind neben den Hüben/Minute vor allem Hubweg, Verweilzeit, Werkzeugzustand und Materialkonditionierung.
• Ein strukturiertes Vorgehen mit definiertem Prozessfenster, dokumentierten Startwerten und kontinuierlicher Überwachung verbessert Reproduzierbarkeit und reduziert Ausschuss.
• Die sinnvolle Wahl der Hubgeschwindigkeit erfolgt im Zusammenspiel aus Qualitätsanforderungen, Durchsatzvorgaben und Anlagenzustand.
• Bewegungsprofile, Greifertechnik und stabile Umgebungsbedingungen erweitern das nutzbare Fenster und unterstützen konstante Ergebnisse über unterschiedliche Chargen hinweg.