Profilieranlage für Prototypen

Technik

Mit seiner Simulationssoftware für das Walzprofilieren von Blechen nimmt Data M weltweit eine Spitzen-Stellung ein. Jetzt hat das oberbayerische Unternehmen bereits die zweite Rollformanlage für 3D-Profile gebaut.

21. März 2017
Koloss: Beim neuen 3D Rollforming Center werden zwei Hexapod-Roboter genutzt, um die Umstellungen der Werkzeuge zu automatisieren. Eine Roboterachse hält eine Kraft von 80 Kilonewton aus. Bildquelle: Data M
Bild 1: Profilieranlage für Prototypen (Koloss: Beim neuen 3D Rollforming Center werden zwei Hexapod-Roboter genutzt, um die Umstellungen der Werkzeuge zu automatisieren. Eine Roboterachse hält eine Kraft von 80 Kilonewton aus. Bildquelle: Data M)

Eigentlich entwickelt Data M mit Sitz im bayerischen Valley CAD-Systeme und Programme zur Simulation. Seit kurzem baut das Unternehmen aber auch Rollformanlagen für 3D-Profile. Die erste industrielle 3D-Profilieranlage für Prototypenteile für LKWs wurde unlängst für einen indischen Kunden erstellt. Die zweite Entwicklung, das ›3D Rollforming Center‹, dient der Herstellung breiten- und höhenvariabler Profilquerschnitte aus hochfesten Stählen oder Aluminiumlegierungen.

Wird aus dem Software-Entwickler jetzt ein Maschinenbauer? »Nein«, betont Albert Sedlmaier, Geschäftsführer von Data M, »wir werden auch in Zukunft wieder ein reines Software-Haus.« Die Rollformanlage hat das Unternehmen nur gebaut, weil es keinen kompetenten oder willigen Partner im Maschinenbau gab. »Da war einfach noch niemand so weit«, fügt Sedlmaier hinzu.

Das Besondere an der Maschine: Der Anwender ist damit sehr flexibel. Denn anders als das tradi-tionelle Walzprofilieren eignet sich das neue Maschinenkonzept bestens für den Prototypenbau, für Musterteile und Kleinserien, wie sie typisch sind im Automobilbau, insbesondere für Sport- und Geländewagen. Die hier eingesetzte und patentierte Technik eignet sich beispielsweise auch für Stringer-Profile im Flugzeugbau, wo neben variablen Profilquerschnitten auch unterschiedliche Wandstärken und Krümmungsradien benötigt werden. Da sind Flexibilität und Tempo wichtig, wie Sedlmaier erklärt: »Die Fertigung eines solchen Bauteils darf 30 Minuten nicht überschreiten, da das vorgekühlte Material während der Bearbeitung nicht zu warm werden darf.«

Außerdem können mit dem 3D Rollforming Center sowohl breiten- und höhenvariable 3D-Profile als auch gerade Profile bearbeitet werden. Die Teile können darüber hinaus beliebig lang sein, da die Maschine beliebig lang gebaut werden kann.

In erster Linie ist die Maschine für Forschungsinstitute und Universitäten gedacht. Albert Sedlmaier ist überzeugt, dass die Maschine nicht nur mittelfesten Stahl und Edelstahl perfekt profiliert, sondern auch ultrahochfeste Legierungen. »Aber das muss erst noch bewiesen werden«, erklärt der Geschäftsführer. Auch als Rapid-Prototyping-Maschine für Stahlhersteller und Automobilzulieferer eignet sie sich. Ein weiterer Vorteil der Profilieranlage: Trotz der vielen möglichen Formen sind die Werkzeugkosten im Vergleich zu anderen Umformverfahren sehr gering, da der Werkzeugaufwand minimal ist.

Der erste Kunde ist die Deakin University in Geelong, Australien. Die Universität ist laut Sedlmaier führend in der Materialwissenschaft und nutzt seit Jahren ›Copra FEA RF‹ von Data M für die Simulation von Walzprofiliervorgängen.

Die hohe Flexibilität der Maschine geht auf die ausgeklügelte Steuerungssoftware und das neuartige Maschinenkonzept zurück. Mit dem neuen Konzept können die Walzprofilierwerkzeuge frei im Raum positioniert werden. Das 3D Rollforming Center besteht aus einem Maschinengestell mit einem Linearschlitten, auf dem die Ober- und Unterwerkzeuge eines sogenannten Kerns montiert sind. Rechtwinklig zu dieser Linearachse befinden sich links und rechts jeweils ein Hexapod-Roboter mit den Walzprofilierwerkzeugen. Das Steuerungssystem sychronisiert die Bewegung der Linearachse mit der der Roboter.

Um 90 Grad nach oben geklappt

Wie bei einer konventionellen Profilieranlage durchläuft das zugeschnittene Blech die Rollenstationen. Das Prinzip der Rollen ist dasselbe wie bei breitenvariablen Profilen – mit dem entscheidenden Unterschied, dass die Werkzeuggerüste um 90 Grad nach oben geklappt werden. Für ein höhen- oder tiefenverändertes Profil reichen zwei Achsen auf jeder Seite aus.

Damit das Blech gehalten und in die gewünschte Form gebracht wird, wird es im Kern geklemmt. »Der Kern macht aber noch keine Umformung, hier sind noch keine Kräfte im Spiel«, erläutert Albert Sedlmaier. Das im Kern fixierte Blech fährt auf einer Linearachse Umformstufe für Umformstufe an den Umformwerkzeugen vorbei. Alternativ kann der Kern in einer Profilieranlage auch durch eine normale Oberrolle, die das Blech klemmt, ersetzt werden.

Grundsätzlich können mehrere Umformschritte mit ein und demselben Werkzeug umgesetzt werden. Hierbei fiele ohne Automatisierung jede Menge manuelle Arbeit an. Mit Hilfe zweier Hexapod-Robotern mit integriertem Werkzeugwechselsystem hat Data M die Umstellungen der Werkzeuge automatisiert. Eine Roboterachse hält eine Kraft von 80 Kilonewton aus. Ein Lastwagen sei für den Hexapod kein Problem, erläutert Sedlmaier.

Die Sechs-Achs-Roboter werden durch eine ausgefeilte Steuerungssoftware bewegt. Das neue 3D Rollforming Center hat exakt die gleiche Steuerung wie seine Schwester für LKW-Prototypenteile. Die Hardware kommt von dem französischen Hersteller Schneider Electric. Sedlmaier: »Mit der Steuerung können wir beliebig viele Achsen von einem einzigen Rechner aus simultan steuern. Außer Schneider Electric konnte uns keiner eine solche Lösung bieten.« Die Steuerungssoftware hat Data M selbst entwickelt.

Wird ein Profil mit einem längenveränderlichen Querschnitt walzprofiliert, ändern die Roboter während der Durchfahrt des Profils ihre Lage. Das System kann auf Veränderungen im Materialverhalten schnell reagieren, in dem zum Beispiel weitere Umformschritte zwischen bestehenden eingefügt werden. Mit Hilfe des 3D Rollforming Centers können im Vorfeld Profilqualität, Machbarkeit und Protypenbauteile kostengünstig untersucht werden.

Für die Anpassung der Fertigung wird zunächst eine Profilblume erstellt, dann werden der Zuschnitt und die Bahnkurven berechnet sowie Rollen und Kern konstruiert. Anschließend wird das ganze simuliert. Danach geht es auf die Anlage. Über eine Schnittstelle werden Daten an die Steuerung geschickt und aufbereitet.

Das offene Steuerungskonzept erlaubt eine einfache Integration in bestehende Fertigungslinien. So können Daten über den Industrie-4.0-Standard ›OPC UA‹ in ERP- oder MES-Systeme übertragen werden. Lokale oder cloud-basierende Datenbanken ermöglichen das Speichern von Prozessdaten in Echtzeit.

Hier kommt dem oberbayerischen Unternehmen zugute, dass es an mehreren Forschungsprojekten involviert war und ist. Denn in zwei Projekten beschäftigen sich Sedlmaier und seine Kollegen mit Industrie 4.0 und Sensortechnik. »Wir haben Sensortechnik in großer Zahl entwickelt und werden dieses Jahr erste Produkte an den Markt bringen«, verrät der Geschäftsführer.

Ein halbes Gigabyte an Daten

Wenn ein Blechteil auf der Maschine profiliert wird, wird rund ein halbes Gigabyte an Daten in der Cloud gesammelt. Ein Großteil der Sensorik befindet sich in den Servomotoren. So werden unter anderem Informationen zu Drehmomenten, Druck, Temperatur, Füllstand, Kräfte, Strom, Spannung oder Leistung aufgezeichnet und ausgewertet.

Data M errechnet theoretisch die Daten und erhält sie praktisch aus der Maschine. Über Schnittstellen und den OPC-UA-Standard kann die Profiliermaschine mit der Software und Simulation von Data M sprechen. Sedlmaier: »Auf Stromabfälle regiert die Anlage selbst und fährt einfach für eine Viertelstunde langsamer.«

Auch konventionelle Profilieranlagen kann das Unternehmen mit Servo-Motoren, Sensoren, Data-Mining-Methoden und Messsystemen ausstatten. »Auf diese Weise machen wir die Simulationsmodelle besser, weil wir Realdaten zum Vergleich über den Datenaustausch bekommen«, ergänzt Sedlmaier. Durch Monitoring werden die Wartungsintervalle verlängert. Die Maschine soll selbst melden, wenn sie gewartet werden muss.

Im nächsten Schritt wird das 3D Rollforming Center an das australische Materialforschungsinstitut ausgeliefert. Ziel ist die Untersuchung neuer Materialien wie höher- und höchstfester Stähle und deren Umformverhalten. Des Weiteren können mit Hilfe der Data-M-Anlage Prozesse optimiert und neue Umformstrategien entwickelt werden.

»Unsere Anlage wird die Walzprofilierindustrie nicht verändern. Aber mit ein bisschen Glück können wir damit einen kleinen Anstoß für weitere Entwicklungen geben«, sagt Sedlmaier. Konkret denkt er an Inline-Verformungsanalysen und Big-Data-Analysen für das Walzprofilieren sowie der Weiterentwicklung der Steuerungssoftware ›Copra AMC‹.

Hedwig Unterhitzenberger

Erschienen in Ausgabe: 02/2017