Optimierung des Ziehvorgangs einer Großteiltransferpresse Hydraulik hochpräzise geregelt - AutomobilKONSTRUKTION

Optimierung des Ziehvorgangs einer Großteiltransferpresse

Hydraulik hochpräzise geregelt

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Der starke Kostendruck und die hohen Qualitätsanforderungen in der Automobilindustrie machen es erforderlich, möglichst große Karosserie-Blechteile an einem Stück in Großteiltransferpressen zu fertigen.

Autor: Dieter Strauß, selbstständiger Texter für Technikthemen, hat diesen Beitrag für die Cosateq GmbH & Co. KG in Wangen geschrieben

Die Großteiltransferpressen sollen eine möglichst hohe Hubzahl haben, kurze Rüstzeiten bieten und höchsten Qualitätsanforderungen genügen. Der hochkomplexe Hydraulikregler Prynamics von Cosateq holt das Optimum aus den Pressen heraus. Auch ältere Anlagen können damit eine höhere Präzision erreichen. Große, an einem Stück gefertigte Karosserieteile bieten dem Automobilhersteller einige Vorteile. Durch die Fertigung kompletter Seitenteile, Schwellern und Bodenwannen sind im Fahrzeugrohbau weniger kostenintensive Füge- operationen notwendig. Doch die Anforderungen an die Güte und Maßhaltigkeit dieser Karosserieteile sind hoch. Denn nur bei der Einhaltung von engen Toleranzen können Schweißroboter die unterschiedlichen Blechteile einer Karosserie automatisiert zusammenfügen.
Ältere Großteiltransferpressen sind oft anfällig in punkto Qualität und Ausbringung. Ein einfacher Austausch der Pressenanlage durch eine neue kommt aus wirtschaftlichen Gründen kaum infrage. Die Investitionskosten für eine Neuanlage sind sehr hoch, sodass sich eine Modernisierung der Presse meist lohnt.
An Cosateq trat ein führender Pressenhersteller heran, weil eine Großteiltransferpresse nicht die erforderliche Qualität lieferte. Cosateq schlug den Austausch des alten Hydraulik- reglers und den Einbau von modernen Regelventilen vor. Damit die Erfassung der Istwerte für den Regler mit der erforderlichen Präzision erfolgen kann, mussten auch die Sensoren ersetzt werden. Zum Einsatz kam der Hydraulik- regler Prynamics, der bei Positionieraufgaben eine Genauigkeit im Bereich von über 2 Mikrometern erzielt.
Mehrere tausend Tonnen präzise geregelt
Die Anforderungen an den Hydraulikregler sind hoch. Ein Blick auf die Fertigungsprozesse in den Presswerken der Automobilhersteller zeigt, warum das so ist. Am Presswerk werden Coils angeliefert, das sind Rollen mit aufgewickeltem Blech. Eine Platinenschneideanlage schneidet die Bleche auf die gewünschte Größe zurecht. Danach geht es in die Großteiltransferpresse, die beispielsweise die Seitenteile eines Automobils fertigt und dabei alle Arbeitsoperationen zur Herstellung des Karosserieteils zusammenfasst. Die Fertigung läuft hocheffizient, da mit jedem Stößelhub ein Teil gefertigt wird. Die Pressteile werden innerhalb der Anlage mit Transfereinrichtungen automatisch zum nächsten Bearbeitungsschritt weitertransportiert.
Die Großteiltransferpresse ist mit hydraulischen Ziehkissen ausgestattet, die das Werkzeug zum Ziehen der Blechteile tragen. Damit das Stahlblech im festen Aggregatzustand ins Fließen gerät, müssen beim Tiefziehen gigantische Kräfte auf das Blech wirken. Die Kraft darf nicht zu niedrig sein, da sonst das Stahlblech durch seine elastischen Eigenschaften wieder seine ursprüngliche Form annimmt. Sie darf auch nicht zu hoch sein, damit das Blechteil nicht reißt. Um die geforderte hohe Oberflächengüte und Formstabilität zu erreichen, muss der Ziehvorgang möglichst mit konstanter Ziehkraft erfolgen. Gerd Leiprecht, Geschäftsführer von Cosateq, macht deutlich: „Bereits geringe Abweichungen des Hydraulik- reglers von der Sollwertkurve führen zu einer erhöhten Ausschussrate und somit zu einer verringerten Wirtschaftlichkeit der Anlage.“
Geschwindigkeitsgeregeltes Ziehkissen
Wichtig ist auch, dass die Presse die erforderliche Kraft so schnell wie möglich aufbaut. Der Hydraulikregler begrenzt das Überschwingen auf maximal 5 %. Hinzu kommt, dass die Restwelligkeit kleiner als 2 % des Nennwerts sein muss. Bei Großteiltransferpressen erreicht der Umformprozess eine höhere Güte, wenn die Geschwindigkeit des Ziehkissens und des herunterkommenden Stößels übereinstimmen. Mit einer Positions- und Geschwindigkeitsregelung gleicht Prynamics die Stößel- und Ziehkissengeschwindigkeit einander an. Nach der Vorbeschleunigung des Ziehkissens beginnt der Ziehvorgang. Prynamics schaltet in den Druckregelmodus um und hält den Druck bis zum Ende des Tiefziehens möglichst konstant. Durch die exakte Geschwindigkeitsregelung fallen die Schläge auf die Ziehkissen weniger heftig aus. Die Belastung der Hydraulikventile sinkt und der Pressenbetrieb wird leiser, da der hochfrequente mechanische Aufschlag und der tieffrequente Kraftaufschlag im Hydraulikzylinder reduziert werden.
Einfache Anpassung per Bedienfeld
In der heutigen flexiblen Fertigung ist es Alltag, dass geänderte Karosserieformen oder Blechqualitäten verarbeitet werden. Herkömmliche Regler müssen dann aufwendig umprogrammiert werden. Fehler schleichen sich leicht ein, die sich teilweise erst in der Serienproduktion anhand höherer Ausschussraten bemerkbar machen. Statt zu programmieren gibt der Bediener bei Prynamics einfach die notwendigen Parameter ein: Für jeden Hydraulikzylinder ist die Eingabe des Kraft- oder Wegprofils möglich. Auch die Vorgabe einer freien Kurve ist zulässig.
Für die hohe Regelgüte von Prynamics sorgt die Kombination aus ausgefeilter Regelalgorithmik und hochpräziser Sensorik. Bei Tests mit einem hochgenauen gekapselten Glasmessstab konnte der Prynamics-Regler eine Positioniergenauigkeit von 2 Mikrometern erzielen.
Dynamik und Präzision mit Scale-RT
Auf die Frage, was Prynamics so genau macht, antwortet Leiprecht: „Cosateq hat die Reglersoftware mithilfe eines Pressen-Simulationsmodells entworfen. Anschließend haben unsere Entwickler das Modell anhand unserer eigenen Entwicklungs- und Inbetriebnahme-Umgebung Scale-RT in Echtzeit simuliert.“ Auf diese Weise war Cosateq in der Lage, schon in einer frühen Projektphase die hochkomplexen Regelalgorithmen zu testen und schrittweise optimieren zu können. Am Rechner lassen sich kritische Betriebszustände nachvollziehen, die bei einer realen Presse das Bedienpersonal und die Maschine gefährden könnten. Prynamics fasst Regler, Datenlogger, Diagnosefunktion und Fernzugriff in einem Gerät zusammen. Von der Wangener Zentrale aus kann Cosateq über einen sicheren VPN-Tunnel einige Wartungsarbeiten durchführen. Viele Reisen von Wartungstechnikern werden damit unnötig. Viel wichtiger ist jedoch, dass das Wartungspersonal sieht, wann eine vorbeugende Wartung vor Ort erforderlich wird. Prynamics erkennt den Verschleiß an den Hydraulikventilen und kompensiert die damit verbundenen Änderungen am statischen und dynamischen Ventilverhalten. Bei der drohenden Überschreitung eines vorab eingestellten Schwellwerts schlägt der Regler den baldigen Ventilaustausch vor. Durch die frühzeitige Signalisierung kann die Wartung während einer geplanten Stillstandszeit durchgeführt werden.
Cosateq, Tel.: 089–230 31 60, E-Mail: giorgia.alicandro@fleishmaneurope.com
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