Hirschvogel

2000 tonnen Transfer-Schmiedepresse für die Halbwarmumformung bei Hirschvogel mit Servoauswerfer und Elektronischem Kardan

Mit der Aufstellung zweier identischer Anlagen hat sich Hirschvogel gleich zweimal für die Technologie von Fagor Arrasate entschieden. Die 2000 Tonnen Pressenzwillinge wurden in den Jahren 2015 und 2016 beauftragt. Die erste der beiden Pressen steht in China und produziert seit Anfang des Jahres, die zweite wird gerade am Bestimmungsort, dem neuen Werk des bayrischen Unternehmens in Mexiko, aufgestellt.

Hirschvogel, mit Sitz in Denklingen (Deutschland), ist einer der größten Lieferanten von Massivumform- und weiterbearbeiteten Teilen aus Stahl und Aluminium. Das Unternehmen ist bestens bekannt, gehört es doch zur technologischen Avantgarde der Branche. Zu seinen Kunden zählen praktisch alle Automobilhersteller und Tier1 weltweit. Hirschvogel beschäftigt an die 5.000 Mitarbeiter und weist einen konsolidierten Umsatz von 1,011 Milliarden Euro auf. Neben dem Hauptsitz in Denklingen gehören Tochterwerke in Deutschland, China, USA, Mexiko, Polen und Indien zur Gruppe.

Die neuesten mit Hirschvogel realisierten Projekte passen perfekt in die Firmenstrategie von Fagor Arrasate, unsere Position als einer der Weltmarktführer für robuste, komplexe und auf den Kunden abgestimmte Transferpressen zu halten. Auch bei dem hier vorgestellten Projekt geht es um das Schmieden, um die Förderung und Weiterentwicklung von mechanischen Transferpressen in Form großer Vertikalpressen, die im Dauerbetrieb arbeiten. Bei den kontinuierlich arbeitenden Schmiedepressen bietet Fagor Arrasate Pressen mit exzentrischer Kinematikkette an (wie in diesem Projekt), die typischerweise in der Halbwarmumformung eingesetzt werden, und Pressen mit Kniehebelkinematik, die üblicherweise im Kaltfließpressverfahren eingesetzt werden.

Ausschlaggebend für die Auftragsvergabe war neben der Erfahrung und dem Produktwissen des Teams von Fagor Arrasate auch die Fähigkeit, den Technikern des Kunden zuzuhören und im Hause Fagor Arrasate bestehende technische Lösungen auf den Schmiedeprozess bei Hirschvogel abzustimmen. Ergebnis dieser Gemeinschaftsarbeit sind beispielsweise die außermittigen Stufen im Arbeitsbereich, die Adaptation des Servo-Auswerfers in der Pressenbasis und weitere Lösungen, die im Rahmen des Projektes in die Maschine eingeflossen sind und auf die in diesem Artikel noch näher eingegangen wird.

Länder China Mexiko

Lösungen Mechanische Halbwarm und Warmumformungpressen

Sektoren Massivumformung

TECHNISCHE DATEN DES PROJEKTES

Die Anlage besteht aus vier Hauptelementen: Presse, Tischauswerfer, Stößelauswerfer und Transfer.

Kenndaten Transferpresse
Bezeichnung TSEF2-2000-2300-1100
Presskraft, nominal 20.000 kN
Hubweg Stößel 800 mm
Stößelverstellung 25 mm
Geschwindigkeit in Automatikbetrieb 18-34 spm
Tischabmessungen 2.300 x 1.100 mm2
Anzahl Arbeitsstufen 5
Abstand zwischen Stufen 360 mm
Presskraft, max. (je Stufe) 13.000 kN
Kippmoment, max. 4.800 kN.m


Eine der größten Herausforderungen bei der Konstruktion der Presse stellte das hohe Kippmoment dar, die hohen Kräfte pro Stufe, denen die Presse im Verhältnis zur Nennkraft ausgesetzt ist, sowie die

Stößelabmessungen. Um diesen Kräften entgegen zu wirken flossen in die Planung der Anlage einige Maßnahmen mit ein: Der Abstand zwischen den Führungen wurde vergrößert und die gesamte Struktur wurde durch zusätzliche Elemente maximal ausgesteift. Besonderes Augenmerk wurde auch darauf gelegt, konstruktiv kritische Bereiche möglichst beständig zu gestalten.

Neben den oben genannten Maßnahmen, die dazu dienen, Verformungen an der Maschine zu verhindern und ihre Lebensdauer zu verlängern, ging es darum, aufgrund der außermittigen Belastung die Arbeitsstufen so anzuordnen, dass Stufe 4 und 5 möglichst in die Anlagenmitte rücken.

Diese Entscheidung wurde in der frühen Konstruktionsphase getroffen und führte dazu, dass die Auswerfer in Basis und Stößel anders angeordnet werden mussten, denn aus einer Studie von Hirschvogel war hervorgegangen, dass die Mehrheit der kritischen Schmiedestücke, die auf dieser Maschinen gefertigt werden sollten, in den letzten Stationen am meisten Presskraft benötigen würden.

Kenndaten Tischauswerfer
Hubweg 200 mm
Nennkraft 800 kN
Kraft je Station, über den gesamten Hubweg verfügbar 400 kN
Der Servo-Tischauswerfer charakterisiert sich vor allem dadurch, dass er unabhängig vom Kopfstück verfährt, denn er wird über eigene Servomotoren angetrieben und lässt sich vom Bedienpult aus individuell steuern und einstellen.

Eine weitere Stärke der Konstruktion von Fagor Arrasate besteht im Einsatz zweier Servomotoren. Sie gewährleisten, dass beim Auswerfen die maximale Kraft über den gesamten Hubweg der Bolzen zur Verfügung steht. Für den unwahrscheinlichen Fall, dass einer der Motoren ausfallen sollte, würde der Auswerfer mit nur einem Servomotor weiterarbeiten, sofern das zulässige Verhältnis zwischen Druckpunkt und aufgebrachter Kraft nicht überschritten wird.

Hinsichtlich des Tischauswerfers gestaltete sich die Zusammenarbeit zwischen Hirschvogel und Fagor Arrasate besonders eng. Das Portfolio von Fagor Arrasate enthielt bereits verschiedene Lösungen zu Auswerfern, darunter auch eine Servo-Variante, doch Hirschvogel benötigte einen Servo-Auswerfer, der sich anders verhält.


Beim Servo-Auswerfer, der schlussendlich in der hier beschriebenen Anlage zum Einsatz kam, müssen nicht alle Druckbolzen in den Stufen einzeln anhebbar sein, auch muss ihr Hubweg nicht automatisch einstellbar sein, wie bei der Original Servo-Ausstattung von Fagor Arrasate. Wohl aber muss die aufgebrachte Kraft über den gesamten Weg wirken und sämtliche Bolzen müssen unabhängig voneinander aus o.T. zurückfahren können.

Über zwei Nocken, die auf derselben Welle angebracht sind, werden alle Druckbolzen im Tischauswerfer gleichzeitig angehoben. Da es sich um ein rein mechanisches System handelt, ist der Hubwinkel konstant (80°). Der Anfangspunkt für die Hubbewegung ist im Bereich 145° bis 210° konfigurierbar, der Bediener wählt ihn am Steuerpult vor.

Andererseits sind die Auswerferbolzen einzeln servobetätigt, sodass Anfangs- und Endpunkt für das Senken der Bolzen einzeln angesteuert werden können. Bei diesem System sind die Tischbolzen vom Steuerpult aus im Rücklauf voll konfigurierbar.

Da sämtliche Bolzen im Absenken individuell über Servo gesteuert werden, lassen sich unterschiedliche Auswerferkurven konfigurieren und speichern.

Jeder einzelne Druckbolzen ist mit einer mechanischen Sicherung mit elektronischer Überwachung ausgestattet. Diese bricht, wenn es zu Interferenzen mit dem Stößel kommt und die auf den Bolzen einwirkende Kraft die Nennkraft übersteigt. Alle mechanischen Sicherungen werden elektronisch überwacht. Sollte eine Sicherung reißen, hält die Presse an und es erfolgt eine Anzeige am Bildschirm.

Kenndaten Stößelauswerfer
Hubweg 140 mm
Nennkraft 480 kN
Kraft je Station, über den gesamten Hubweg verfügbar 240 kN

Der Stößelauswerfer hat dieselbe Aufgabe wie der Tischauswerfer. Er stößt das Werkstück nach dem Schmiedevorgang aus. In einigen Fällen fixiert er das Teil noch beim Anheben, bis es vom Transfer übernommen wird. Im Unterschied zum Tischauswerfer jedoch ist es das Kopfstück der Presse, das beim Stößelauswerfer entsprechend Drehmoment und Kraft zum Ausstoßen des Werkstücks aufbringt.

Die Kraft- und Bewegungsübertragung vom Kopfstück auf den Auswerfer erfolgt über ein Hebelsystem, die die Kinematikkette mit der Auswerfeinheit verbindet und somit eine Relativbewegung des Auswerfers zum Stößellauf ermöglicht.

Die Kraft- und Bewegungsübertragung vom Kopfstück auf den Auswerfer erfolgt über ein Hebelsystem, die die Kinematikkette mit der Auswerfeinheit verbindet und somit eine Relativbewegung des Auswerfers zum Stößellauf ermöglicht.

Durch unsere Erfahrung und entsprechende Konstruktionstools können wir von Fagor Arrasate bereits in der Definitionsphase eines Projektes die Stößelauswerferkurve exakt an die Anforderungen des Anwenders anpassen. Es kann vorgegeben werden, ab welchem Moment das Auswerfen eines Werkstücks beginnt und wann der maximale Hubweg erreicht sein soll.

Traditionell werden Drehmoment und Kraft über die Kardanwelle auf den Tischauswerfer übertragen. Sie überträgt die kinematische Energie vom Schwungrad der Presse auf die Nockenwelle des Auswerfers.

Mit der Markteinführung der Servomotoren begann Fagor Arrasate, servobetriebene Systeme zu entwickeln, die eine rasche Änderung der Auswerferkurve ermöglichen ohne vorherige mechanische Einstellarbeiten. Durch die daraus entstandene Zeiteinsparung beim Modellwechsel trug diese Weiterentwicklung erheblich zur Flexibilisierung der Maschinen bei.

Um den Auswerfer mit solcher Flexibilität und Dynamik auszustatten, benötigt man große Servomotoren, die bei maximaler Auswerferkraft entsprechend viel Energie verbrauchen.

Soll in solchen Fällen die gesamte installierte Leistung reduziert werden, muss die Energie für den Auswerfer vom Schwungrad aufgebracht werden. Auf diese Weise stellt der Hauptmotor auf Generatorbetrieb um, sobald die Motoren für den Auswerfer die Leistungsspitze abrufen, nimmt die kinematische Energie des Schwungrades auf und gibt sie an die Servomotoren des Auswerfers zurück. Mit anderen Worten, wir haben einen „elektronischen Kardan“ für den Auswerfer entwickelt.

Verglichen mit dem Schmieden erfordert das Auswerfen relativ wenig Energie. Schätzungen zufolge sind es ca. 2% der Energie, die für den Schmiedevorgang benötigt wird, wenn die Presse an der oberen Leistungsgrenze arbeitet. Doch obwohl der Wert gering erscheinen mag, muss die Energie schlagartig zur Verfügung stehen. Dadurch ist die benötigte Leistung nicht unerheblich.

Mit dem elektronischen Kardan lässt sich die Flexibilität, welche die Servotechnologie bietet, mit einer installierten Leistung verbinden, die auch nicht höher ist als bei Maschinen mit mechanischem Kardanantrieb über das Kopfstück.

Bevor der elektronische Kardan in diesem Projekt realisiert wurde, fertigten die Ingenieure von Fagor Arrasate einen Prototyp an, setzen also die Theorie in die Praxis um und erprobten so die Funktionsweise.

Bleibt anzumerken, dass es sich bei der an Hirschvogel gelieferten Maschine um die weltweit erste Presse handelt, die mit einem „elektronischen Kardan“ ausgestattet ist.

Aus ökologischer Sicht nutzen die Servomotoren beim gesteuerten Anheben des Auswerfers die im Schwungrad gespeicherte Energie und regenerieren beim gesteuerten Absenken an die 5 kW pro Zyklus.


VERKETTUNG MIT GESAMTANLAGE

In der Schmiedelinie ist die Presse von Fagor Arrasate jene Maschine, die den Rest der Gesamtanlage steuert, sie stellt den „Master“ oder „ID Controller“ für den gesamten Prozessablauf.

Die Verkettung über einen “Controller” kommt bei Anlagen mit speicherprogrammierbarer Steuerung zum Einsatz, wo der Controller Peripheriegeräte wie Transfer, Induktionsofen, Förderbänder oder Lader verwaltet.

Sollte die Pressensteuerung eine Störung feststellen oder geänderte Arbeitsbedingungen, erhalten die Peripheriegeräte entsprechende Anweisungen und stellen sich auf das neue Szenario ein.

SPEZIELLER SCHUTZ VOR PROZESSÖL

Die komplexen Bedingungen, unter denen eine Schmiedepresse zur Halbwarmumformung arbeitet – separate Schmierung für Maschine, Transfer und Arbeitsprozess – erfordern spezielle Maßnahmen wie das Separieren der verschiedenen Schmiermittel, denn diese werden für die korrekte Funktionsweise der Maschine und den reibungslosen Ablauf des Schmiedeprozesses benötigt.

Prozessöl und Schmieröl für die Maschine dürfen sich nicht mischen. Deshalb besteht die wichtigste Maßnahme bei diesem Maschinentyp darin, einen Großteil der Maschinenbereiche vor Prozessöl zu schützen. Zum einen werden an exponierten Stellen wie Kopfstück und Führungen entsprechende Abdeckungen angebracht und zum anderen verfügt die Maschine über ein Leitungssystem, welches das an der Pressenbasis angesammelte Öl wieder in das Schmieraggregat zurückführt.

Eine weitere, erfahrungsgemäß notwendige Maßnahme ist die Vorbehandlung der Luft für die Presse. So werden beispielsweise an den Auffangbehältern der Führungen und an den zentralen Auslässen aus den Pneumatikzylindern an den Säulen Luftfilter angebracht.

Auch ist zu erwähnen, dass Hydraulikleitungen und Verbindungselemente, die direkt dem Arbeitsbereich ausgesetzt sind, aus korrosionsfreiem Material gefertigt sind und in diesem Bereich angebrachte Kabel ebenfalls speziell geschützt sind.

Da der Prozessölnebel sich mit dem Schmieröl der Maschine mischt, ist man dazu übergegangen, das Schmieröl speziell abzuscheiden und zu filtern. Hier kommt ein Hydraulikaggregat mit zwei Tanks zu Einsatz. Mit einer Doppeltrennwand ausgestattet werden im ersten Tank ferromagnetische Partikel abgeschieden. Das Öl läuft dann über eine Reihe spezieller Filter in den zweiten Tank, wo es weiter gefiltert wird.


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