45.000 Kilonewton

Technik/Pressen

Die zunehmende Komplexität von Karosseriebauteilen und der Einsatz von Materialien mit hoher Streckgrenze erfordern immer größere und leistungsstärkere Pressen, um das Metall dauerhaft zu verformen. Nidec Arisa hat an das Gestamp-Werk in Bielefeld soeben die derzeit stärkste Servopresse der Welt geliefert.

13. Februar 2017

Mit mehr als 70 Jahren Markterfahrung ist Nidec Arisa einer der wichtigsten Anbieter für mechanische Transfer- und Servopressen für die globale Automobilbranche. Er hat seinen Sitz in Logroño, Hauptstadt der Autonomen Region La Rioja, in der auch die Trauben für einige der besten Weine Spaniens gepresst werden. Seit etwas mehr als einem Jahr gehört Arisa zur japanischen Gruppe Nidec. Durch die Zusammenarbeit mit anderen Mitgliedern der Gruppe hat es seine internationale Präsenz verstärkt.

Einer von Arisas Großkunden ist Gestamp, ein multinationales Unternehmen, das sich auf die Entwicklung und Herstellung von Metallkomponenten für die Automobilbranche spezialisiert hat. Die beiden spanischen Unternehmen können auf eine lange und erfolgreiche Geschichte gemeinsamer Projekte zurückblicken. Gestamp setzte bei Entwicklung und Fertigung der größten Servopresse der Welt auf Nidec Arisa– sowohl aufgrund der hohen Qualitätsstandards seines Partners als auch wegen seiner innovativen Kapazitäten–, erklärt Diego Ariznavarreta, der Vertriebsleiter des Unternehmens.

In enger Zusammenarbeit mit dem kompetenten Projektmanagementteam von Gestamp in Bielefeld fanden die baskischen Ingenieure eine technische Lösung, die den üblichen Nachteil bei der Umformung mit Transferpressen vermeidet: die asymmetrische Belastung, verursacht durch die unterschiedlichen Kräfte, die an den ersten und nachfolgenden Formstationen erforderlich sind. Statt auf eine asymmetrische oder auf zwei unabhängige Presse zu setzen, was wegen des Teiletransports zwischen den Pressen die Produktivität eingeschränkt hätte, entschieden sich die Ingenieure für eine einzige Presse mit zwei Schlitten und drei Ständern, die die asymmetrische Belastung des Stanzwerkzeugs ausgleicht und zugleich Abmessungen ermöglicht, die den aktuellen und zukünftigen Anforderungen gerecht werden.

Zu den Anforderungen des Kunden gehörten auch Servoantriebe. Diego Ariznavarreta erklärt deren Vorteile im Vergleich zu konventionellen Antrieben: »Bei einer mechanischen Presse hebt und senkt sich der Schlitten auf die gleiche Weise, unabhängig von dem zu formenden Werkstoff. Mit dem Servoantrieb dagegen können die Bewegungskurven des Schlittens programmiert werden, um den Werkstoff mit optimaler Geschwindigkeit zu verformen. Es gibt Werkstoffe, die 20 Hübe pro Minute erlauben, und andere nur zehn.«

Nidec Arisa brauchte nur zwölf Monate, um die neue Servopresse zu entwickeln und herzustellen. Dieser Zeitraum umfasste die technische Entwicklung, den Einkauf von Zukaufteilen, wie den Antriebseinheiten, die Beschaffung der Rohmaterialien und ihre Bearbeitung, die Montage der Presse und die Tests, die Ende letzten Jahres in Logroño durchgeführt wurden. Derzeit wird die Presse in Bielefeld montiert, was einige Monate dauern wird.

Die Entwicklung der Presse stellte die Ingenieure des Unternehmens vor mehrere Herausforderungen, wie Ariznavarreta betont: »Die erste bestand darin, eine stabile Maschinenstruktur zu entwickeln, die garantiert, dass sich die Kräfte eines Schlittens möglichst wenig auf den anderen auswirken. Die zweite war der Antrieb. Keine unserer bisherigen Servopressen hat so viele Motoren, was die Synchronisierung der Presse zu einer mechanischen und elektrischen Herausforderung machte. Eine weitere war die Automation von Zuführung, Schmierung und Transport der Formen über alle Stationen, weil diese Maschine eben sehr groß ist. Dabei haben wir sehr eng mit dem Kunden zusammengearbeitet, der seine Arbeitsweise mit der Presse natürlich am besten kennt.«

Entwicklung und Herstellung in nur zwölf Monaten

Da Nidec Arisa eine breite Produktpalette an weltweit installierten Servopressen vorzuweisen hat, war das Unternehmen in der Lage, diese Aufgaben zu bewältigen. Aufgrund der Einzigartigkeit dieser Anlage konnten die Ingenieure beim Entwurf der neuen Presse jedoch nur einen Teil der Erfahrungen wieder verwenden. »Hinsichtlich Struktur, Antrieb, Motorisierung und Automatisierung ist diese Presse praktisch neu«, bestätigt Diego Ariznavarreta. Die Ingenieure nutzten ein modernes 3D-CAD-System, um die mechanischen Bauteile einschließlich der Rohrleitungen zu entwickeln und ihr Verhalten durch FEM zu optimieren. »Natürlich konnten wir keinen Prototypen der Presse in natürlicher Größe herstellen, um sie auszuprobieren«, scherzt der Vertriebsleiter.

Die Abmessungen der Servopresse beeindrucken bereits auf den ersten Blick: Sie ist mehr als 37m lang, 20 m breit und 16m hoch, von denen allerdings 6 m unter der Erde liegen. Um die mehr als 1.350 t Gewicht an ihren Zielort in Deutschland zu transportieren, wurden rund 40 Lastwagen benötigt. Am stärksten beeindrucken jedoch ihre außerordentliche Kraft von 45.000 KN und die Dynamik bei Beschleunigung und Abbremsung des Schlittens. Diese Kraft rührt von den 9MW der Drehmomentmotoren und den 7 MW der Energiespeicher-Motoren her.

Zwecks Energieeinsparung verfügt die Presse – wie alle anderen Servopressen von Nidec Arisa auch – über ein intelligentes Energiemanagement namens ›Full Size Energy Management‹, das die Energie zur Beschleunigung von Schlitten und Stanzwerkzeug in der Presse speichert.

Energiebedarf minimiert

Servopressen erreichen in der Regel eine höhere Geschwindigkeit als konventionelle Pressen. Sie erfordern jedoch auch eine umfassendere Automatisierung von Zuführung und Transport der Formen innerhalb der Anlage, um die gesteigerte Produktivität nutzen zu können, die je nach Stanzwerkzeug und Eigenschaften des Werkstücks variiert. Nidec Arisa hat die Presse mit einem völlig automatischen Form-Entstapler mit mehreren Laststationen ausgestattet, um die Arbeit der Bediener zu erleichtern. Die Förderanlage neuester Generation, die in Zusammenarbeit mit dem deutschen Spezialisten GPA Automation entwickelt wurde, transportiert die Formen sicher und mit der optimalen Frequenz, die Prozess und Werkstoff zulassen, über die verschiedenen Stanzstationen des Werkzeugs.

Die Frequenz des Transfers hängt natürlich vom Bewegungsprofil des Schlittens ab. Dieses Profil kann abhängig vom zu verformenden Werkstoff programmiert werden, um eine maximale Anzahl von Werkstücken pro Minute bei bester Qualität zu erhalten und zugleich jederzeit die Sicherheit des Prozesses zu gewährleisten. Die Programmierung erfolgt offline über die Arisa-eigene Software ›Optiservo‹. Damit können die Nutzer die Bewegungen von Schlitten und Förderanlage am Computer simulieren, um das Programm vor der Übertragung auf die Maschine zu optimieren und auf diese Weise die Stillstandszeiten zu minimieren.

Industrie-4.0-fähig

Um die Funktionsfähigkeit der Anlage zu gewährleisten und eine effiziente und proaktive Wartung zu erleichtern, hat die Servopresse etliche Sensoren, die Temperaturen, Kräfte, Betriebszeiten eines Stanzwerkzeugs, die Anzahl der Hübe, die Stillstandszeiten sowie weitere Parameter erfasst, die der Kunde fordert. Die Ports zur Datenerfassung können sowohl vom Kunden als auch von den Arisa-Technikern genutzt werden, etwa um die Fernwartung anzubieten– sofern der Kunde dies wünscht. »Dank ihrer umfassenden Automation und Konnektivität ist die Servopresse bereit für den Betrieb in einem Industrie-4.0-Umfeld«, versichert Diego Ariznavarreta.

Eines der großen Industrie-4.0-Themen ist die ›intelligente‹ Fertigung, also eine automatisierte Produktion individuell angepasster ›Serienprodukte‹ in immer kleineren Losgrößen. Diese Tendenz der ›Customization‹ betrifft auch die Automobilbranche, die ihren Kunden eine Vielzahl von Modellen in immer zahlreicheren Ausführungen anbietet. Die großen Zulieferer der Automobilbranche stehen damit vor der Aufgabe, ihre Produktionslinien sehr schnell auf wechselnde Auslastungen einzustellen. »Mit unserer Presse kann Gestamp nicht nur eine große Vielzahl von Teilen unterschiedlicher Abmessungen bearbeiten, sondern auch Werkzeuge und Bauteilkonfigurationen binnen weniger Minuten wechseln«, unterstreicht Ariznavarreta. Eine Flexibilität, die einen enormen Wettbewerbsvorteil in einer hart umkämpften Branche bietet.

Michael Wendenburg

Fachjournalist aus Sevill

Erschienen in Ausgabe: 01/2017