Presswerkoptimierung und Servopressen

Andrea Gillhuber,

Das vernetzte Presswerk

Auf der Euroblech präsentierte Schuler erstmals seine neu entwickelte Servopresse MSP 400 einem breiten Publikum. Der 400-Tonnen-Presse werden Servopressen mit Presskräften von bis zu 12.500 kN folgen. Fokus bei deren Entwicklung lag auf der Vernetzung.

Die Servopresse MSP 400 von Schuler. © Schuler

Effizienz und Effektivität in der Produktion erhöhen und sich gleichzeitig für die Zukunft fit machen: Vor dieser Herausforderung stehen derzeit alle Automobilhersteller, Zulieferer und sonstige Betreiber von Presswerken. Eine mögliche Lösung bietet Schuler mit der voll vernetzten Servopresse MSP 400. Die 400-Tonnen-Presse, die sich sowohl für den Folgeverbund- als auch den Transfer-Betrieb eignet, kann im Pendelhub bis zu 70 Hübe pro Minute fahren. Auf der Euroblech war sie nun erstmals live zu sehen. Drei Wochen benötigten die Experten von Schuler für den Aufbau und die Inbetriebnahme der MSP 400 in der Halle 27 auf dem Gelände der Deutschen Messe in Hannover. Im Anschluss an die Fachmesse geht sie zu einem Automobilzulieferer in Sachsen.

Bereits im Vorfeld der Messe kündigte das Unternehmen an, dass die MSP 400 nicht die einzige Servopresse sein wird, sondern dass die Reihe weiter ausgebaut wird: Die MSP 800 mit einer Presskraft von 8.000 kN ist bereits erhältlich, die MSP 1000 mit 10.000 kN Presskraft und die MSP 1250 (12.500 kN Presskraft) stehen kurz vor der Marktreife.

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Schuler hat die Steuerung der Servopresse im Stil einer intuitiven Smartphone-App gestaltet: Die Bediener können sowohl unter vordefinierten Bewegungskurven auswählen als diese auch frei programmieren. Aufgrund der Kinematik des Kniehebel-Antriebs verläuft die Umformung im unteren Umkehrpunkt auch schon von sich langsamer, eine Nachregelung durch den Servo-Antrieb ist also nicht zwingend erforderlich.

Intuitive Steuerung mit integriertem Prozessmonitor

Die Software „Smart Assist“ leitet den Bediener Schritt für Schritt durch den Einrichtvorgang, unterstützt von kleinen Videos und Text-Bausteinen. Der elektronische Helfer optimiert die Transfer- und Stößelkurven abhängig von den Freigängigkeitskurven auf maxi-male Ausbringungsleistung – ein komplexer Vorgang, der bisher viel Zeit in Anspruch genommen hat.

Basis für die virtuelle Presswerksplanung ist die Analyse des Wertstroms vom Wareneingang bis zum Fertigteilelager. © Schuler

Der in die Steuerung integrierte Prozessmonitor bietet umfassende Überwachungsmöglichkeiten. Auf diese Weise ist die Überlastsicherung über den gesamten Presskraftverlauf und die gesamte Bewegungskurve hinweg gewährleistet; zum wirksamen Schutz des Werkzeugs ist dabei eine minimale und maximale Kraft definierbar. Die Reaktionszeiten der elektronisch ausgeführten Überlastsicherung bewegen sich im Bereich von wenigen Millisekunden, sind also schneller als bei einer hydraulischen Überlastsicherung. Die Presse ist nach einem erkannten Überlastfall sofort wieder einsatzfähig.

Geringe Massenträgheitsmomente im Antriebsstrang ermöglichen kurze Anhaltewege und Reaktionszeiten. Während Standard-Pressen bei einer Überlast laut Unternehmen in der Regel die Kraft abbauen und den Stößel durch den unteren Umkehrpunkt weiter bis zum oberen Umkehrpunkt fahren, verfügt die MSP 400 über eine „Smart Release“-Funktion: Hier läuft der Stößel nach einer erkannten Überlast automatisch über einen definierten Weg zurück und entlastet damit Werkzeug und Presse.

Umfassende Zustandsüberwachung

Die Integration zusätzlicher Sensoren – etwa für Beschleunigung, Schwingung oder Druck – ermöglicht eine umfassende Zustandsüberwachung („Condition Monitoring“) des Systems, die in der Visualisierung der Steuerung darstellbar ist. Die Grundlage dafür bilden Frequenzspektren, die Auskunft über einen möglichen Verschleiß im Getriebe, im Lager oder im Motor geben. Dadurch lässt sich ein ungeplanter Stillstand verhindern und die Produktivität der Anlage steigern. Darüber hinaus erlauben die Prozess- und Zustandsdaten eine voll- umfängliche Qualitätskontrolle der produzierten Bauteile.

Auf der Euroblech in Hannover zeigte Schuler die neue Servopresse MSP 400 einschließlich der Bediener-Software „Smart Assist“. © Schuler

Die Druckpunkte liegen bei der MSP 400 anders als bei einer konventionellen Presse nicht oberhalb des Stößels, sondern außerhalb des eigentlichen Tischbereichs. Dadurch kann die Maschine sehr hohe außermittige Belastungen aufnehmen, und sowohl auf Einlauf- als auch auf Auslaufseite stehen rund 25 Prozent mehr Presskraft zur Verfügung, so das Unternehmen. Auf diese Weise lassen sich auch hochfeste Materialien schon in der ersten Werkzeugstufe umformen.

Die geometrische Anordnung führt auch zu einer hohen mechanischen Kippsteifigkeit des Stößels. Außerdem reduziert sich die Auffederung des Gesamtsystems, weil der Antrieb weit außen im Kopfstück sitzt. Dadurch lassen sich eine werkzeugschonende Umformung sowie eine höhere Bauteilqualität erzielen. Die elektronische Kopplung ermöglicht eine kraftunabhängige Parallelregelung: Bei einer außermittigen Belastung werden die Antriebe nur auf einer Seite nachgeregelt, ohne dass es zu einem Kraftverlust kommt, und der Stößel wird damit parallel gehalten.

Virtuelle Presswerksplanung

Auch Presswerke müssen sich den Marktanforderungen von heute anpassen. Mittlerweile gilt es, die geforderte Flexibilität – kurzfristige Bestellungen und sinkende Losgrößen – zu erfüllen, und das nicht auf Kosten der Profitabilität. Um Effizienz im Presswerk nachhaltig zu steigern, führt an einer ganzheitlichen Optimierung einschließlich des kompletten Materialflusses kein Weg vorbei. Die Optimierung der Pressen ist natürlich ein wichtiges Handlungsfeld. Durch die Untersuchung von Verfügbarkeit, Effizienz und Qualität lässt sich die „Gesamtanlagen-Effektivität“ (Overall Equipment Effectiveness, OEE) ermitteln. Durch die Steigerung des OEE mittels verschiedenster Maßnahmen können die vorhandenen Potenziale genutzt und die Produktivität erhöht werden.

Eine Maßnahme ist die Unterstützung durch Software. Mit Hilfe von Software-Tools können Werkzeug- und Produktionsparameter digital optimiert und die Bewegungskurven von Stößel und Transfer auf das jeweilige Werkzeug abgestimmt werden, um so die Möglichkeiten der Pressen voll ausreizen. Eine Steigerung der Hubzahl oder eine Rüstzeitverkürzung setzen auf Jahressicht eine große Anzahl an Produktionsstunden Kapazität frei. Mit dieser zusätzlichen Zeit sind mehr Teile mit gleicher Austattung herstellbar, eine Verringerung der Losgrößen möglich, oder die gewonnene Zeit kann für präventive Wartung eingesetzt werden. Somit lassen sich ungeplante Stillstände vermindern und die Verfügbar- sowie Lieferfähigkeit erhöhen.

Optimierungspotenziale durch ganzheitliche Betrachtung erkennen

Eine ganzheitliche Betrachtung des Presswerks zeigt beispielsweise, dass häufiges Rüsten die Wirtschaftlichkeit senkt. Denn mit höherer Variantenvielfalt und großen Losen steigt auch das Lagervolumen und damit die Kapitalbindung stark an. Um Losgrößen zu verkleinern, muss das interne Rüsten verkürzt werden. Durch eine verbesserte Methodik und Vorbereitung sowie durch eine entsprechende Qualifikation der Mitarbeiter sind beim Rüsten häufig enorme Potenziale vorhanden. Genauso wichtig ist es, die Werkzeuge gewartet zu lagern, um auch auf kurzfristige Änderungen im Produktionsplan flexibel reagieren zu können.

Gemeinsam mit der Lean-Management-Beratung Staufen bietet Schuler als Anlagenhersteller und Prozessberater eine Analyse des Presswerks an. Die Grundlage bildet der sogenannte Quick Check, der die individuelle Leistungsfähigkeit sichtbar macht. Die Analyse umfasst die komplette Wertstromaufnahme des Materialflusses vom Wareneingang bis zum Warenausgang und gibt individuelle Handlungsempfehlungen zur Effizienzsteigerung. Darüber hinaus können auf Basis von Ist- und Soll-Wertstrom neue Ideal- beziehungsweise Real-Layouts des Presswerks entwickelt werden, sowohl für ein neues Presswerk (Greenfield) als auch für bestehende Werkshallen (Brownfield). Ausschlaggebend für die Optimierung ist das Bestellverhalten der internen und externen Kunden. Im Idealfall produziert das Presswerk im Kundentakt und kann auch ohne große Lagerbestände flexibel auf Schwankungen der Nachfrage reagieren. Arbeiten aufeinanderfolgende Stationen möglichst im gleichen Takt, bauen sich keine großen Bestände auf und die Durchlaufzeit bleibt kurz.

Eine nachhaltige Steigerung der Effizienz hat grundsätzlich gegenüber kurzfristigen Einmaleffekten immer Vorrang. Große Potenziale liegen oftmals nicht nur in der Produktion, sondern auch in administrativen Bereichen wie Produktionsplanung und -steuerung sowie Behälter- und Shopfloor-Management. Bei letzterem sind Führungskräfte nicht nur gefragt, eine Regelkommunikation aufrechtzuerhalten, sondern auch mit Kennzahlen zu führen und die Prozesse zu steuern.

Nach Unterlagen von Schuler / ag

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