Eine der wichtigsten Baugruppen an einer mechanischen Presse ist der Stößel Gewichtsausgleich. Dieses System muss immer kontrolliert sowie richtig eingestellt sein. Ein falsch oder schlecht eingestelltes System sorgt für Schäden an der Maschine, für einen erhöhten Werkzeugverschleiß und führt zu Qualitätsproblemen am Werkstück.

Die Funktion des Gewichtsausgleichs an Pressen, insbesondere bei mechanischen Pressen mit Stößelantrieb (z. B. Exzenter-, Kniehebel- oder Spindelpressen), ist entscheidend für die Dynamik, Sicherheit und Energieeffizienz des Umformprozesses.

⚙️ Was ist der Gewichtsausgleich an Pressen?

Der Stößelgewichtsausgleich (auch: Balancer-System oder counterbalance system) ist eine technische Einrichtung, die dazu dient, das Eigengewicht des Stößels (und ggf. des oberen Werkzeugs) auszubalancieren, um die mechanische Antriebslast und dynamischen Kräfte auf das Getriebe zu reduzieren.

🎯 Ziele des Gewichtsausgleichs

  1. Reduktion des Trägheitsmoments:

    • Der Stößel kann schneller und kontrollierter beschleunigt und abgebremst werden.

    • Verringert die Belastung auf Kupplung, Bremse und Getriebe.

  2. Gleichmäßige Lagerbelastung:

    • Der Druck auf Pleuel, Exzenter und Führungsführungen bleibt konstant.

    • Reduziert den mechanischen Verschleiß.

  3. Vermeidung von Nachsacken des Stößels bei Energieausfall:

    • Sicherheitsaspekt bei z. B. Druckluftausfall – der Stößel bleibt in Position.

  4. Erhöhung der Genauigkeit:

    • Der Ausgleich reduziert elastische Verformungen, die sonst durch das Gewicht des Stößels wirken würden.

🛠️ Technische Umsetzungen

Es gibt verschiedene Systeme zum Gewichtsausgleich, meist druckluftbetrieben:

🔹 1. Pneumatischer Zylinder-Balancer

  • Zwei Luftzylinder wirken auf den Stößel nach oben.

  • Der Druck wird so eingestellt, dass die Gewichtskraft des Stößels kompensiert wird.

  • Vorteil: einfach, schnell einstellbar, kostengünstig

📌 Beispiel: Müller-Exzenterpressen (vgl. PDF-Link) nutzen Balancerzylinder mit einstellbarem Druckregler.

🔹 2. Mechanischer Gegengewichtsausgleich (z. B. mit Gewichten oder Federn)

  • Verwendet Gegengewichte auf Wellen oder Hebeln, meist bei älteren Maschinen.

  • Weniger flexibel, kaum an wechselnde Werkzeuggewichte anpassbar.

🔹 3. Hydraulischer Ausgleich (selten bei mechanischen Pressen)

  • In bestimmten Hochleistungsanlagen mit kombinierten Antrieben.

  • Teurer und komplexer, aber sehr fein regelbar.

🧠 Beispiel aus der DE2206323C3 (Patentschrift)

Das Patent beschreibt ein Balancer-System, bei dem Luftdruckzylinder über eine zentrale Druckregelung so angesteuert werden, dass die Auftriebskraft des Stößels konstant gehalten wird. Durch „Nachregelventile“ wird der Ausgleich bei wechselnder Belastung (z. B. Werkzeugwechsel) automatisch nachgeführt.

Dieses System reduziert effektiv:

  • Stoßbelastungen auf das Antriebssystem

  • Unregelmäßige Bewegungen des Stößels

  • Taktzeit-Schwankungen

🧮 Technisch-physikalischer Hintergrund

  • Gewichtskraft Stößel: FG=m⋅gF_G = m \cdot g

  • Gegengewichtskraft durch Druckluftzylinder:
    FB=p⋅AF_B = p \cdot A
    mit:
    pp = Luftdruck (z. B. 5 bar),
    AA = Kolbenfläche

Ziel: FG≈FBF_G \approx F_B
→ Dann ist der Stößel nahezu „schwebend“ gelagert.

🧩 Fazit

Der Stößelgewichtsausgleich ist ein zentrales Element moderner Pressentechnik. Er:

  • entlastet mechanische Bauteile

  • verbessert die Betriebssicherheit

  • steigert Genauigkeit und Werkzeugstandzeit

  • ermöglicht hohe Taktzahlen bei niedriger Belastung

Ein korrekt eingestellter Balancer trägt wesentlich zur Wirtschaftlichkeit und Qualität in der Metallumformung bei – insbesondere bei schweren oder großformatigen Werkzeugen.

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Stößel Gewichtsausgleichsysteme werden eingesetzt um die gesamte Masse des Stößels samt Werkzeug während der Abwärtsbewegung in ihrer Beschleunigung abzubremsen und umgekehrt den Stößel in der Aufwärtsbewegung zu beschleunigen. Stößel Gewichtsausgleichszylinder müssen so dimensioniert sein das sie das Gewicht des Stößels, des Werkzeugoberteils, der Druckstangen, der Exzenterwelle und der Zahnräder ausgleichen. So werden die Lagerspiele während des Auftreffens der bewegten Massen beim Umformprozess unwirksam und es entsteht eine durchgehende Kraftlinie.

Prüfen des Stößel Gewichtsausgleich wird in der unteren Stößelposition durchgeführt. Die meisten Systeme arbeiten mit einer pneumatischen Hochhaltevorrichtung für den Stößel. So werden die „Lagerspiele“ komplett ausgeglichen und es entsteht eine durchgehende Kraftlinie. Der Stößel wird mit einem Hydraulikzylinder nach oben gedrückt. An einer Messuhr kann abgelesen werden ob sich der Stößel nach oben drücken lässt. Umgekehrt kann durch langsames ablassen der Druckluft an der Hochhaltevorrichtung das Lagerspiel zwischen Welle und Pleuel ermittelt werden. Der Wert wird an der Messuhr vor Beginn auf 0 gestellt und nach ablassen der Druckluft kann der Wert abgelesen werden.

Prüfen der Lagerspiele oder Schäden an den Zuganker. Der Stößel befindet sich in der oberen Position OU. An allen 4 Ecken der Maschine werden Messuhren aufgestellt und mit der Messspitze am Stößel angelegt. Mittig unter den Stößel wird ein Hydraulikzylinder aufgebaut der die Last der Massen bewegen kann. Nun wird der Stößel langsam nach oben gedrückt. An den einzelnen Messuhren kann eine Veränderung abgelesen werden. So lassen sich unterschiedliche Lagerspiele oder auch Schäden am Maschinenkörper oder den Zugankern feststellen.

Grundsätzlich sollten die Maschinen nicht an ihrer Höchstlast arbeiten um Fehler und Schäden zu vermeiden.

Nach Ickert ist „die Genauigkeit der Grad der gewünschten Annäherung an ein gewolltes Ergebniß“ Der verwendete Maßstab für die „Genauigkeit“ stellt die „Bestmögliche“ Ungenauigkeit, d.h. die Abweichung zwischen dem gewünschten Sollwert und dem Istwert dar. Die so gewählte „Toleranz“ ist damit eine zuverlässige und vereinbarte Abweichung des Istwert vom Sollwert.

Instandhaltung, prüfen der Maschine bei Fehler in der Produktion.
Wie werden verschiedene Parameter geprüft?
Prüfen des Führungspiel mittels Spion. Der Stößel wird in der OU
Position und der UU Position gemessen. Mit einer Fühlerlehre
werden die „Spiele“ zwischen dem beweglichen Stößel und dem
Pressengestell ermittelt. Die Maschinenhersteller geben in ihrer
Maschinendokumentation die Werte für ihre Presse vor. Stößel
Führungen haben meist Zug,- und Druckschrauben mit denen das
Führungsspiel eingestellt werden kann.
Prüfen der Winkeligkeit des Stößels während der Abwärtsbewegung.
Am Stößel wird eine Messuhr angebracht und am Pressentisch wird
ein Winkel befestigt. Nun wird mit der Messuhr an dem Winkel
gemessen. Während des Hub kann die Abweichung an der Messuhr
abgelesen werden. Eine Abweichung kann durch falsch eingestellt
Führungen entstehen.
Prüfen der Parallelität zwischen Stößel und Pressentisch in UU. Der
Stößel befindet sich in der unteren Lage. Auf dem Pressentisch wird
eine Messuhr (mit einem Ständer der über den Tisch gleiten kann)
mit einem Schlitten gestellt. Der Messzeiger drückt gegen den Stößel.
Nun wird die Parallelität von vorne nach hinten, von links nach rechts
und natürlich diagonal gemessen. Abweichungen sind am Ausschlag
der Messvorrichtung abzulesen. Eine Abweichung kann durch falsch
eingestellte Führungsleisten entstehen. Die Lagerung der einzelnen
Pleuel und deren Spiele sind ebenfalls ein Kriterium. Es kann bei
Mehrpleuelpressen auch eine unterschiedliche Stellung der
verstellbaren Stößel Verstellung vorliegen.
Prüfen des Stößel Gewichtsausgleich wird in der unteren
Stößelposition durchgeführt. Die meisten Systeme arbeiten mit einer
pneumatischen Hochhaltevorrichtung für den Stößel. So werden die
„Lagerspiele“ komplett ausgeglichen und es entsteht eine
durchgehende Kraftlinie. Der Stößel wird mit einem Hydraulikzylinder
nach oben gedrückt. An einer Messuhr kann abgelesen werden ob
sich der Stößel nach oben drücken lässt. Umgekehrt kann durch
langsames ablassen der Druckluft an der Hochhaltevorrichtung das
Lagerspiel zwischen Welle und Pleuel ermittelt werden. Der Wert
wird an der Messuhr vor Beginn auf 0 gestellt und nach ablassen der
Druckluft kann der Wert abgelesen werden,
Grundsätzlich sollten die Maschinen nicht an ihrer Höchstlast
arbeiten um Fehler zu vermeiden.
Die Genauigkeit der Stößel Bewegung kann ohne Last bestimmt
werden, durch feststellen der Winkeligkeit des Stößel Hubs in
zwangsfreier Bewegung. Die Bewegungsgenauigkeit des Stößels
unter Last mit zwansgeführten Hub kann mittels
Hochgeschwindigkeitskamera ermittelt werden. Die Aufnahmen sind
bei der Fehlersuche oftmals hilfreich

Hier ein kompakter Überblick zum Thema Stößelgewichtsausgleichssysteme bei mechanischen Pressen – Funktion, Aufbau und Vorteile:

🎯 Wozu dient der Stößelgewichtsausgleich?

  • Er gleicht die Masse des Stößels inklusive Oberwerkzeug, Druckstangen, Exzenterwelle und Zahnräder aus (mymaintenance.blog).

  • Dadurch wird die Bewegungsmechanik entlastet, ist energetisch effizienter und schützt Lager und Werkzeuge – Reibung, Verschleiß und Qualitätseinbußen werden minimiert (mymaintenance.blog).

🛠️ Funktionsprinzipien

1. Pneumatisch/hydraulische Ausgleichszylinder

  • Zylinder oder Balgzylinder drücken den Stößel nach oben – sie übernehmen statisch das Gewicht bei jeder Totpunktlage (metsearch.net).

  • Vorteile der Balgzylinder: nahezu wartungsfrei, da keine Gleitringdichtungen, hitzebeständig, langlebig (metsearch.net).

2. Automatische Druckregelung

  • Ursprüngliche Systeme erforderten manuelles Nachjustieren (ht-pt.com).

  • Moderne Varianten nutzen Sensorik: Stromaufnahme- oder Positionsmessung (z. B. Nocken + Fühler) lösen Druckanpassungen selbsttätig aus (patents.google.com).

⚙️ Typischer Aufbau (Beispiel nach DE‑Patent)

  1. Ein Druckluft- oder Hydraulikzylinder mit Kolben ist oben oder seitlich am Stößel angebracht, befestigt am Gestell (patents.google.com).

  2. Ein Überlastkissen zwischen Stößel und Pleuel schützt vor Überlast – bei Druckverlust bewegt sich der Stößel leicht (patents.google.com).

  3. Zwei Fühler (oben/unten) messen die Relativbewegung des Stößels zum Anlenkpunkt. Aktiviert ein Sensor, regulieren Ventile den Druck entsprechend (patents.google.com).

  4. So stellt sich ein Gleichgewicht ein – genug Druck, damit weder Hebung noch Senkung „durchhängt“.

✅ Vorteile & Nutzen

Vorteil Beschreibung
Energie sparen Die Hauptkraft wird nur zum Umformen benötigt – nicht zum Halten
Mechanische Entlastung Geringere dynamische Lasten, dadurch weniger Verschleiß
Bessere Wiederholgenauigkeit Form- und Qualitätswiederholgenauigkeit steigen
Sicherheit Kein unkontrolliertes Absinken im Totpunkt, vor allem bei Wartung/Einstellung

🔍 Prüfung & Einstellung

  • Kontrolle erfolgt meist in oberer Stößelposition mit Messuhr: Nach Hochdrücken durch Zylinder prüfen, ob Spiel vorhanden ist – Messuhr zeigt Abweichungen (mymaintenance.blog).

  • Lagerspiele und Parallelität von Stößel/Tisch werden ebenfalls kontrolliert, um korrekt justierte Kraftlinie sicherzustellen (mymaintenance.blog).

🧩 Fazit

Ein Stößelgewichtsausgleichssystem gleicht die statische Last des Pressenstößels mit Werkzeug aus, und zwar meist mittels pneumatischer oder hydraulischer Zylinder oder Balgzylinder. Moderne automatische Regelungen passen den Ausgleichsdruck kontinuierlich an – für mehr Effizienz, Präzision, Schutz der Anlage und Sicherheit.

Hier ist eine grafische Vergleichstabelle mit den wichtigsten Arten von Stößelgewichtsausgleichssystemen an mechanischen Pressen:

📊 Vergleich von Gewichtsausgleichssystemen bei Pressen

Kriterium Pneumatischer Ausgleich Mechanischer Ausgleich Hydraulischer Ausgleich
Typische Anwendung Moderne Exzenterpressen Ältere/kleine Pressen Hochpräzisionsanlagen (seltener)
Wirkprinzip Druckluftzylinder heben Stößel Gegengewichte oder Federn Hydraulikzylinder mit Regelung
Anpassbarkeit Hoch (Druckregelung möglich) Gering (starre Gegengewichte) Sehr hoch (elektronische Regelung)
Wartung Gering – Luftfilter, Dichtungen Gering – mechanisch robust Hoch – Öl, Dichtungen, Ventile
Sicherheit bei Energieausfall Guter Schutz (Druckhalteventile) Eingeschränkt (je nach Mechanik) Hoch (sperrbare Hydraulik)
Kosten (Investition) Mittel Günstig Hoch
Reaktion auf Werkzeugwechsel Schnell über Druckanpassung Meist händisch, ggf. Umbau nötig Automatisch regelbar
Typische Herstellerlösungen AIDA, Müller Weingarten, EBU ältere Maschinen, manuelle Pressen High-End CNC-Formanlagen

📌 Beispielbild – Pneumatischer Gewichtsausgleich:

[ Pressengestell ]
       │
     ┌───┐
     │ Z │  ← Pneumatikzylinder
     └─┬─┘
       │
   [ Stößel ]
       │
   [ Oberwerkzeug ]

🟦 Der Zylinder wirkt dem Gewicht des Stößels entgegen. Der Druck wird so geregelt, dass eine quasigewichtslose Lagerung entsteht. Dadurch wird der Energiebedarf reduziert und die Präzision verbessert.

✅ Fazit:

  • Für moderne Serienpressen ist der pneumatische Gewichtsausgleich heute der Standard: einfach, zuverlässig, effizient.

  • In Sonderfällen (z. B. bei extrem hohem Gewicht oder dynamischen Lasten) kann ein hydraulisches System die bessere Wahl sein.

  • Mechanische Systeme gelten als veraltet, sind aber in Bestandsmaschinen noch häufig zu finden.

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Funktion des Gewichtsausgleichs an mechanischen Pressen (Exzenterpressen)

Mechanische Pressen, insbesondere Exzenterpressen, werden in der Metallumformung für eine Vielzahl von Produkten eingesetzt. Die Bewegung des Stößels erfolgt meist durch eine Exzenterwelle, die den Stößelhub erzeugt. Das Eigengewicht des Stößels führt dabei zu hohen dynamischen Belastungen auf das Antriebssystem und die Führungen. Um diese Belastungen zu reduzieren und die Betriebssicherheit sowie Präzision zu erhöhen, wird ein Stößelgewichtsausgleich eingesetzt.

Prinzip des Gewichtsausgleichs

Der Gewichtsausgleich dient dazu, die Gravitationskraft, die auf den Stößel wirkt, durch eine Gegenkraft auszugleichen. Dadurch wird der Stößel quasi „gewichtslos“ gelagert. Dies hat folgende Auswirkungen:

  • Reduzierung der Antriebskräfte: Die Kraft, die der Antrieb aufbringen muss, um den Stößel zu bewegen, sinkt deutlich.
  • Schonung von Bauteilen: Geringere Belastung der Kupplung, Bremse, Führungen und Lager.
  • Verbesserte Bewegungsführung: Weniger Verformungen und somit höhere Umformgenauigkeit.
  • Sicherheitsgewinn: Verhindert das Nachsacken des Stößels bei Energieausfall.

Technische Umsetzung

Pneumatischer Ausgleich

Am häufigsten wird ein pneumatischer Balancer eingesetzt. Dabei sind am Stößel oder am Stößelträger Luftzylinder angebracht, die durch Druckluft eine Kraft erzeugen, welche das Stößelgewicht kompensiert.

  • Der Luftdruck wird so eingestellt, dass die Auftriebskraft dem Gewicht des Stößels entspricht.
  • Eine automatische Druckregelung ermöglicht Anpassungen bei wechselnden Werkzeuggewichten.
  • Das System ist wartungsarm und flexibel.

Mechanischer Ausgleich

Früher wurden Gegengewichte oder Federn eingesetzt, um das Stößelgewicht auszugleichen. Diese Systeme sind starr, nicht leicht verstellbar und daher heute kaum noch in Gebrauch.

Hydraulischer Ausgleich

Bei speziellen Anwendungen kann ein hydraulischer Ausgleich genutzt werden. Dieses System bietet eine sehr feine Steuerung, ist aber komplexer und kostenintensiver.

Wirkungsweise in der Exzenterpresse

  • Der Exzenter wandelt die Drehbewegung des Motors in eine Hubbewegung des Stößels um.
  • Ohne Ausgleich wirkt das Gewicht des Stößels als zusätzliche Last, besonders im oberen Totpunkt (OT).
  • Der Balancer erzeugt eine Gegenkraft, die das Gewicht neutralisiert.
  • Dadurch ist die Bewegungsenergie reduziert, die Antriebskomponenten werden entlastet.

Zusammenfassung

Der Gewichtsausgleich ist eine zentrale Komponente moderner Pressentechnik. Er verbessert die Betriebssicherheit, erhöht die Genauigkeit und verringert den Verschleiß. Pneumatische Balancersysteme sind heute Standard und tragen entscheidend zur Wirtschaftlichkeit von Umformprozessen bei.