Fachberichte Prozesse Produkte Resource Termine, Seminare People Universitäten Presse
Startseite Fachberichte Archiv

Fachberichte


Archiv

Impressum Haftungsausschluss Sitemap

Weltweit größte Hydroforming-Presse RoboClamp®

Weltweit größte Hydroforming-Presse RoboClamp®

Innovationen in der Innenhochdruckumformung - 130.000 kN Hydroforming-Presse

Das Innenhochdruck-Umformen hat sich seit Jahren in verschiedenen Fertigungsbereichen wie der Fittingproduktion oder der Automobil- und Zulieferindustrie etabliert. Besonders im Automobilbau und bei den Zulieferbetrieben geht ein Entwicklungstrend in Richtung größerer und komplexerer Bauteile. Zur Produktion dieser Teile bedarf es geeigneter Fertigungssysteme, die eine wirtschaftliche Herstellung ermöglichen und Kosten- und Qualitätsvorteile gegenüber anderen Fertigungsverfahren bieten.

Gräbener Maschinentechnik GmbH & Co. KG, Netphen hat hierzu ein Maschinenkonzept im Produktprogramm, das diesen Anforderungen gerecht wird und sich besonders für die Fertigung von langen und großvolumigen Bauteilen, wie Längsträgern oder Siderails für amerikanische Personen-Pkw, Pick-up-Trucks und Leicht-LKW eignet. In Kooperation mit einem namhaften amerikanischen Automobilzulieferer wurde dessen in den USA patentiertes RoboClamp®-System weiter entwickelt.

Entwicklungsvorgaben

Die Entwicklungsvorgaben und Anforderungen an das Fertigungssystem, wie z. B. ein hochproduktives aber sogleich energie- und kostengünstiges Maschinenkonzept zu entwickeln, wurden im Lastenheft verankert. Dieses sollte aber gleichzeitig deutliche Vorteile gegenüber den bekannten IHU -Konzepten bringen. Als Detailziele wurden eine freie Zugänglichkeit für die Roboterbeschickung, kurze Zykluszeiten sowie Zuhaltekräfte von bis zu 130.000 kN festgelegt. Ferner waren Einflüsse auf das Werkzeug und auf die Bauteilgeometrie zu minimieren, die aus der Verformung des Pressengestells während des Umformprozesses resultieren.

Maschinentechnische Umsetzung

Mechanik
Um den o. g. Anforderungen gerecht zu werden, wurde die Presse in C-Gestellbauform und modular ausgeführt. Da die bisher bekannten Varianten jedoch oft erhebliche Auffederungen und Verformungen des Gestells aufwiesen, wurde eine Zugankerkonstruktion zu Grunde gelegt.
Eine Auffederung wird durch dieses Konzept zwar nicht gänzlich vermieden, aber eine Verformung in Längsrichtung wird nicht zugelassen. Die gewählte Bauform macht die Presse von drei Seiten leicht zugänglich, so dass sich die Be- und Entladung durch Roboter sehr einfach darstellt. Um die Presse auf die vorgesehenen Belastungen optimal auszulegen, wurden zuerst die Bauteile des Pressenkörpers als Einzelkomponenten und anschließend als Komplettsystem über eine Finite-Element-Analyse berechnet.

Neben dem eigentlichen Pressengestell sind die beiden Vielzylinderkissen und der Verriegelungsblock wichtige Maschinenkomponenten, die besonders betrachtet werden müssen.
Dem Vielzylinderkissen kommt die Aufgabe zu, die besonders für lange und schmale Werkzeuge erforderlichen hohen Schließkräfte zu erzeugen und über sphärische Lagerungen die Auffederung des Pressengestells vollständig zu kompensieren. Zur Reduzierung der Zykluszeiten sorgen die Kurz-Hub-Pressenzylinder des Vielzylinderkissens, die mit einem Arbeitshub von ca. 20 mm einen schnellen Presskraftaufbau gewährleisten. Der Arbeitsdruck dieser Zylinder liegt bei maximal 800 bar. In weniger als 3,5 s wird dabei eine Presskraft von 130.000 kN aufgebaut.
Die Schließbewegung des Werkzeugs wird über ein gesondertes Hubsystem erzeugt. Das Werkzeug wird für den Umformprozess auf dem Verriegelungsblock abgelegt. Für das Be- und Entladen fährt der Verriegelungsblock nach vorn aus der Presse. Dabei leisten hohe Verfahrgeschwindigkeiten von über 400 mm/s beim Hubsystem und bei den Vorformzylindern einen weiteren Beitrag zur Reduzierung der Zykluszeit.
Die C-Gestell-Bauform erlaubt es, die für das Befüllen des Bauteils notwendigen Anschlussquerschnitte einfach und direkt verlegen zu können. Die Zeit, die zum Füllen des Werkzeugs mit dem Wirkmedium notwendig ist, kann demtsprechend minimiert werden.

Steuerungstechnik

Durch die langjährige Erfahrung mit komplexen Steuerungssystemen innerhalb der Gräbener Gruppe konnte für den Anwendungsfall eine optimierte Steuerung PressPro® entwickelt werden.

Das an Windows angelehnte Bedienungskonzept mit Klartextprogrammierung und anschaulicher Darstellung aller wichtigen Maschinenfunktionen ist leicht erlern- und beherrschbar. Hardwareseitig garantieren Standardkomponenten die hohe Zuverlässigkeit und Maschinenverfügbarkeit. Das netzwerkfähige und offene System bietet dem Betreiber, dem Kunden und dem Hersteller – falls gewünscht - jederzeit die Möglichkeit per Fernwartung alle wichtigen Parameter abzufragen.

Hydraulik

Auch die Öl- und Wasserhydraulik (HFA -Anlage) sind aus marktgängigen Standardkomponenten aufgebaut und in höchstem Maße in Steuerungsblöcke integriert. Somit ist der Verrohrungsaufwand auf ein Minimum reduziert, was zu einer besseren Wartung und geringeren Ausfallhäufigkeit, z. B. Leckagen, führt.
Dies gilt insbesondere für das Zylinderkissensystem, welches über Öl-/Öl-Druckübersetzer angetrieben wird. Bei einem Druckbereich von 800 bar konnte durch den konsequenten Einsatz von Blöcken ganz auf die Verrohrung verzichtet werden.

Umformzyklus und Werkzeugwechsel

Schritt 0 Ausgangslage
Der Verriegelungsblock befindet sich vor dem Presseneinbauraum, d. h., dass dieser herausgefahren ist. Das Unterwerkzeug ist mit dem Hubsystem im Pressenraum abgesenkt.

Schritt 1 Be- und Entladevorgang
Der Roboter legt ein neues vorgeformtes Teil in die untere Gravur ein. Über einen Doppelgreifer entnimmt der Roboter aus der oberen Gravur nahezu zeitgleich ein ausgeformtes und gelochtes Teil. Solange bis der Roboter das vorgeformte Bauteil in der unteren Gravur ablegt hat, wird das geformte und in der oberen Gravur befindliche Bauteil von den Axaildichtstempeln in Position gehalten bis die Steuerung das Signal gibt, dass der Greifer das fertig geformte Bauteil übernommen hat.

Schritt 2 Werkzeug schließen
Das Hubsystem hebt das Werkzeug an, unterstützt durch die Vorformzylinder. Der Verriegelungsblock fährt ein. Das Unterwerkzeug wird, durch das Zurückfahren des Hubsystems auf dem Verriegelungsblock abgelegt.

Schritt 3 Pressvorgang
Im Zylinderkissen wird der erforderliche Druck aufgebaut. Gleichzeitig wird das Bauteil innerhalb von max. 1,5 sec mit dem Wirkmedium gefüllt. Der Innenhochdruck-Umformprozess mit späterer Lochoperationen wird gestartet.

Schritt 4 Druckabbau
Parallel zum Druckabbau im Bauteil (Innendruck) wird die Schließkraft der Presse abgebaut.

Schritt 5 Werkzeug öffnen
Das Hubsystem hebt das Werkzeugunterteil ein Stück an, damit der Werkzeugverriegelungsblock aus der Presse ausfahren kann. Nachdem der Verriegelungsblock aus dem eigentlichen Pressenbereich herausgefahren ist, senkt das Hubsystem das Unterwerkzeug in die Ausgangsposition ab.

Werkzeugwechsel

Das Maschinenkonzept begünstigt einen schnellen Werkzeugwechsel. Dazu wird lediglich die hydraulische Werkzeugspannung für das Oberwerkzeug gelöst während der Verriegelungsblock sich noch im Presseneinbauraum befindet. Das gesamte Werkzeug kann dann mit dem Verriegelungsblock aus der Presse herausgefahren werden. D. h., dass kein zusätzlicher Werkzeugwechseltisch oder wagen benötigt wird.

Bilanz und Ausblick

Günstige Energiebilanz
Das Kurzhubsystem des Presszylinders liefert bei der geforderten kurzen Zykluszeit die Voraussetzung für eine günstige Energiebilanz. Gegenüber einer vergleichbaren Standard-Presse ist eine Einsparung von 60% der sonst installierten Antriebsleistung möglich.

Kostenreduzierung

Die kompakte Bauform führt zu einer Gewichtsreduzierung für die Presse von mehr als 35% gegenüber konventionellen Lösungen. Das schlägt sich nicht nur in den Kosten für die Anlage sondern auch in den Fundamentkosten nieder, die bei den großen Massen konventioneller Maschinen überproportional ansteigen.
Ein nicht zu vernachlässigender Punkt ist auch der Transport solcher Maschinenkomponenten zum jeweiligen Aufstellungsort. Dieser ist wesentlich kostengünstiger und einfacher als bei den herkömmlichen Bauformen.

Kurze Projektrealisierungszeit

Die Gesamtbauzeit von Auftragserteilung bis zum Abpressen der ersten Teile betrug dank der Verwendung von standardisierten Modulen nur 10 Monate. Für den Betreiber überraschend war, dass aufgrund der übersichtlichen Steuerung, wie auch der vorab durchgeführten Simulationen des Umformens der Bauteile, schon nach drei Probehüben eine Nullserie von 250 Teilen störungsfrei produziert werden konnte.

Die erfolgreiche Kooperation bei dem ersten Projekt hat schließlich zur Lizenzvergabe durch den amerikanischen Kunden geführt. Gräbener Maschinentechnik ist somit in der Lage, das RoboClamp® Konzept unter eigener Regie weltweit zu vermarkten.
Dank der Grundkonzeption des RoboClamp® sind modulare Typenreihen mit Schließkräften von 32.000 kN bis 185.000 kN und Wirkflächen von 2.000 x 800 mm bis 6.000 x 800 mm lieferbar. Dadurch ist der RoboClamp® nicht nur zur Fertigung der beschriebenen Bauteile (Längsträger) sondern auch für andere Anwendungsfälle (Großrohrfertigung) und Bauteile (Großrohre) einsetzbar. Eine gezielte und anwenderorientierte Verbreiterung der Wirkfläche ist ebenfalls möglich.

Gräbener Maschinentechnik GmbH & Co. KG
Am Heller 1
D-57250 Netphen-Werthenbach
Tel. +49 (2737) 989 200
Fax: +49 (2737) 989 110
www.graebener-group.com