Ruhelos auf dem Markt

Fokus - Umformtechnik

Nach dem Spiel ist vor dem Spiel. Wenige Monate nach der Installation der laut Hersteller »stärksten Servopresse der Welt« im Gestamp-Werk in Bielefeld hat Nidec Arisa ein weiteres ehrgeiziges Projekt gestartet: der Einsatz der Servotechnik auf eine Presse mit Ziehkissen, die auch für die Verformung komplexer Werkstoffgeometrien sowie von Teilen aus nicht magnetischem Metall genutzt werden soll.

17. Oktober 2017
In Großbritannien wird von Nidec Arisa gerade eine 25.000-Kilonewton-Presse aufgebaut. Bild: Arisa Nidec
Bild 1: Ruhelos auf dem Markt (In Großbritannien wird von Nidec Arisa gerade eine 25.000-Kilonewton-Presse aufgebaut. Bild: Arisa Nidec)

Die Servotechnik für Pressen sei dabei, sich in der Automobilindustrie weltweit durchzusetzen. So heißt es im Artikel ›The Upward Curve of Servo‹, der kürzlich in der Zeitschrift AMS erschienen ist. Die Hauptgründe sind die größere Flexibilität und Produktivität der Servopressen im Vergleich zu mechanisch und hydraulisch angetriebenen und ihr geringerer Energieverbrauch dank ausgetüftelter Energiemanagementsysteme, mit denen ein Teil der Energie in der Abbremsphase zurückgewonnen wird.

Die größere Flexibilität einer Servopresse ist der Tatsache zu verdanken, dass der Stößelhub entsprechend dem umzuformenden Material programmiert werden kann und stets die Höchstgeschwindigkeit und die maximale Anzahl der Schläge erreicht wird, die das Material in jeder Zyklusphase zulässt. Ebenso kann die Geschwindigkeit des Stößels am oberen Totpunkt an den Bedarf des Prozesses für den Transfer des Metalls im Inneren der Maschine angepasst werden. Die Servopresse bietet außerdem die Möglichkeit, zwei Hübe ohne Vorschub auszuführen, um auf derselben Stanzstation den Spring-back-Effekt bei Materialien mit hoher Elastizitätsgrenze zu korrigieren. Diese Flexibilität führt geradewegs zu einer um 20, 30 Prozent (oder mehr) höheren Durchschnittsproduktivität, ohne den Zuwachs mitzuzählen, wenn das Werkzeug speziell dafür gestaltet und für maximale Produktivität an die Stößelbewegung angepasst wird.

Aufgrund der vielen Vorteile ersetzen die Servopressen nach und nach die traditionellen Pressen bei den Unternehmen, die Karosseriebauteile für Fahrzeuge herstellen. 70 Prozent der Pressen, die Nidec Arisa verkauft, sind laut Verkaufsleiter Diego Ariznavarreta Servopressen. Arisa setzt verstärkt auf die Servotechnik und hält nach eigener Aussage den Rekord (vor gut einem halben Jahr mit 45.000 Kilonewton), die weltweit größte und stärkste Servopresse mit einem mehr als neun Meter langen Stanzwerkzeug im Bielefelder Gestamp-Werk installiert zu haben. Sie ist laut Artikel zur Zufriedenheit des Kunden bereits in vollem Betrieb, und der Nutzer betrachte die Investition als bedeutende Maßnahme zur Sicherung seiner Wettbewerbsfähigkeit.

Innovative Servopresse mit Ziehkissen

Nidec Arisa ruht sich jedoch nicht auf seinen Lorbeeren aus und arbeitet bereits an einem anderen Projekt für einen Kunden in Großbritannien – eine etwas weniger potente Servopresse (25.000 Kilonewton), jedoch mit einem vergleichbar komplexen mechanischen Antrieb. Es wird die erste Servopresse sein, die das Unternehmen mit einem Link-Drive-Antrieb hergestellt hat, ausgestattet mit einem servogesteuerten Ziehkissen und einem mechanischen System gelenkig gelagerter Glieder zur Verringerung der Geschwindigkeit des Stößels vor dem unteren Totpunkt, ohne dass die Gesamtgeschwindigkeit der Motoren reduziert werden muss. Das heißt, der Stößel wird durch die Kombination aus kinematischer Bewegung und einer Elektrosteuerung ausgebremst. Aufgrund der geringeren Geschwindigkeitsdrosselung können die Motoren nach den Stanzprozessen deutlich schneller beschleunigen, was sich in eine höhere Anzahl von Schlägen pro Minute übersetzt. Ariznavarreta schätzt den Produktivitätszugewinn auf 30 Prozent im Vergleich zu einer Standard-Servopresse.

Die Servopresse mit Ziehkissen wird benötigt für das Kaltstanzen von Materialien, denen eine kompaktere Form gegeben werden soll. »Stellen Sie sich zum Beispiel ein Teil in Helmform vor«, erklärt Diego Ariznavarreta. Neben der Ausübung eines zusätzlichen Drucks von 4.000 Kilonewton ist die Hauptfunktion des Ziehkissens, die Platine anzuspannen, damit das Material während des Stanzprozesses nicht wellt. Der Vorgang muss außerdem langsamer vonstattengehen, damit das Material beim Aufschlag zwischen Werkzeug und Ziehkissen fließen kann. Deshalb muss der Stößel anhand eines mechanischen Link-Drive-Systems gebremst werden. Dies trägt nicht nur dazu bei, die Servopresse schneller zu machen, sondern verringert auch ihren Energiebedarf, weil die Motoren nicht so oft gebremst werden müssen.

Die Geschwindigkeitssteuerung ist noch aus einem anderen Grund wichtig: »Um die Autos leichter und sicherer zu gestalten, forschen unsere Kunden derzeit intensiv nach Materialien, die leichter und widerstandsfähiger sind. Wir treffen daher auf Materialien mit einer immer höheren Elastizitätsgrenze, die daher schwerer zu verformen sind«, erklärt Ariznavarreta. »Die Servotechnik in Kombination mit der Link-Drive-Technik hat den Vorteil, die Kraft zu dosieren, damit der Aufschlag sanfter ist und die Presse beim Umformen und Kürzen des Materials weniger verschleißt – von der Verbesserung der Teilequalität aufgrund des behutsameren Stanzvorgangs ganz zu schweigen.«

Die neue Servopresse, die in den nächsten Wochen dem britischen Kunden ausgeliefert wird, ist gerüstet für Arbeiten mit magnetischen wie auch nichtmagnetischen Metallen wie Aluminium, was eine weitere Herausforderung für Nidec Arisa war. Alle Servopressen des Unternehmens sind mit vollautomatischen Stapel- und Transfer-Systemen ausgerüstet, um jedes Material so schnell und produktiv wie möglich zu bearbeiten.

Der Stapler wurde bisher hauptsächlich für Arbeiten mit magnetischen Platinen eingesetzt, was deren Separierung bei den Stapeln der beladenen Wagen anhand starker Magnete ermöglicht. Über Ansaugsysteme werden die Platinen von diesen Stapeln geholt und entweder über Magnetbänder, Vakuumbänder oder per Shuttle transportiert.

Die Arbeit mit Aluminium weist zusätzliche Schwierigkeiten auf, da der Transportprozess derselbe ist wie für die magnetischen Teile, aber der fehlende Magnetismus ihre Handhabung deutlich erschwert. Von der Separierung der Platinen bis zum Transport zur Presse muss das System an diese Arbeiten angepasst werden.

Deshalb hat man sich in der technischen Abteilung von Nidec Arisa für magnetomechanische Systeme zur Trennung der Platten auf den Stapeln und für eine Kombination aus Magnetbändern und Magnetzentrierungen entschieden, die an die einzelnen Platten angepasst werden können, um sie vor der Abholung durch die Transferkomponente zu zentrieren. Dadurch können beide Metalltypen mit einem System transportiert und mit gleicher Geschwindigkeit bearbeitet werden.

Natürlich hängt der Takt der Transferkomponente vom Bewegungsprofil der Stößel ab. Dieses Profil ist entsprechend dem umzuformenden Material programmierbar, um die größtmögliche Stückzahl pro Minute in bester Qualität zu erzielen und jederzeit die Sicherheit des Prozesses zu gewährleisten. Die Programmierung erfolgt offline durch die von Nidec Arisa entwickelte Software ›Optiservo‹. Sie gestattet den Nutzern die Simulation und Ansicht der Bewegungen der Stößel und der Transferkomponente in 2D zur Optimierung der Computersteuerung. »Die praktischen Prüfungen an Servopressen von Nidec Arisa haben gezeigt, dass das Programm in der Lage ist, eine zu 95 Prozent wirklichkeitsgetreue Programmsimulation zu erzeugen«, so Diego Ariznavarreta.

Industrie-4.0-tauglich

Für einen reibungslosen Betrieb und eine effektive und proaktive Instandhaltung sind in der Servopresse zahlreiche Sensoren eingebaut, die die Temperatur, die Kraft, die Betriebsstundenzahl eines Stößels und die Anzahl seiner Hübe, die Anzahl der Maschinenstillstände und andere, vom Kunden gewünschte Parameter messen. Die Ports zur Datenerfassung können sowohl durch den Kunden als auch durch Techniker von Nidec Arisa zur Fernassistenz genutzt werden, wenn der Kunde das wünscht. »Aufgrund des hohen Automatisierungs- und Vernetzungsgrades ist die Servopresse bereit, in einer Industrie-4.0-Umgebung eingesetzt zu werden«, so Diego Ariznavarreta.

Nidec Arisa liefert noch keinen Digital Twin der Servopressen an seine Kunden. Die Kurven und sonstige in Optiservo erzeugten Parameter können jedoch genutzt werden und werden auch schon von einigen Kunden genutzt, um ein Modell der Maschine anhand eines Simulationsprogramms in 3D zu bedienen. »Die physischen Parameter, die das Verhalten der Maschine beeinflussen, sind in Optiservo vorhanden«, sagt Ariznavarreta. Seiner Erfahrung nach ist es logischer, diese Art 3D-Simulationen in einer von der Maschine unabhängigen Software zu erstellen, um sie auch für andere Maschinen nutzen zu können. Er gibt jedoch zu, dass ein digitaler Zwilling das Letzte aus künftigen Maschinen herausholen könnte.

Aktuell werden alle maßangefertigten Pressen vor Abnahme in Logroño montiert und gründlich getestet – einer der Gründe, warum das Unternehmen seine eigenen Anlagen modernisiert und ausbaut. »Wir wollen bereit sein, auf Kundenwunsch komplette Pressenstraßen montieren zu können«, fasst der Vertriebsleiter von Nidec Arisa zusammen.

Blechexpo Stand 8505

Erstes North American Servo Forum:

Als Antwort auf das wachsende Interesse, das die Servotechnik auf dem Markt weckt, und die wachsende Nachfrage haben Nidec Arisa zusammen mit dem Schwesterunternehmen Nidec Minster das erste ›North American Servo Forum‹ organisiert, das sich exklusiv diesem Thema widmet. Vergangenen September kamen 40 Kunden beider Unternehmen in Minster, Ohio, zusammen, um aus erster Hand die neuesten Trends und spezifischen Herausforderungen dieses Sektors kennenzulernen.

Nidec Arisa bot mit mehr als einem Jahrzehnt Forschung an dieser Technologie eine Reihe von Vorträgen über die Vorteile an, die mit dem Einsatz von Servopressen im Produktionsprozess des Unternehmens verbunden sind. Zwei Tage lang wurden wertvolle Informationen über die schier unendlichen Möglichkeiten dieser Technik aus erster Hand geboten, und es wurden auch die Weichen für eine erfolgversprechende Zukunft dieser Servotechnik gestellt. Aufgrund des Erfolgs dieses ersten Forums ist vorgesehen, dass die Unternehmen in den nächsten Monaten ein ähnliches Event organisieren werden.

Hintergrund

Mit mehr als 70 Jahren Markterfahrung ist Nidec Arisa einer der bedeutendsten Lieferanten für mechanische, Transfer- und Servopressen der weltweiten Automobilindustrie. Das Unternehmen hat seinen Sitz in Logroño, der Hauptstadt der autonomen Region La Rioja, wo jedes Jahr etwa 30 Pressen verschiedener Größenordnungen das Haus verlassen. Ende 2015 wurde das spanische Unternehmen von der japanischen Nidec-Gruppe erworben, die rund 100.000 Mitarbeiter beschäftigt und jährlich mehr als neun Milliarden Euro umsetzt. Nidec Arisa beschäftigt aktuell 150 Mitarbeiter, die Ende dieses Jahres in neue Anlagen von mehr als 25.000 Quadratmetern umziehen. Der neue Standort ist mit der neuesten Technologie zur Produktion von Pressen und automatisierten Anlagen, Komponenten und Systemen ausgestattet. Hauptsächlich ausgerichtet auf die Mechanisierung, Montage und Lagerung.

Der Ausbau der aktuellen Anlagen erfolgt sowohl aufgrund der Spezialisierung auf immer größere Pressen als auch des beträchtlich angewachsenen Auftragsüberhangs. Mit nachdrücklicher Unterstützung durch den Mutterkonzern verzeichnet das spanisch-japanische Unternehmen ein robustes Wachstum auf den internationalen Hauptmärkten. Dank der engen Zusammenarbeit mit dem Schwesterunternehmen Nidec Minster in den Bereichen Vertrieb, Montage und technischer Service gewann das Unternehmen wichtige Projekte in den USA und Mexiko; die Kunden schätzen sowohl die hohe Qualität des Produkts als auch den technischen Support vor Ort.

Erschienen in Ausgabe: 06/2017