Wie elektrische Servopressen ihre Vorteile ausspielen

Früher war eben nicht alles besser. Die Stammplatzhalter in der Press- und Umformtechnik sind nicht mehr en vogue. Dies hat mehrere Gründe. Hydraulikpressen zum Beispiel schmieren, sind laut und müssen regelmäßig gewartet werden. Ist der Kolben durch, kann es teuer werden. Auch mechanische Pressen haben sich aufgrund begrenzter Leistungsdichte und sperrigem Bauraumgehabe nicht gerade mit Prädikat auszeichnen dürfen. Die Zukunft haben längst elektrische Servopressen eingeläutet. KE-NEXT stellt die Vorteile der Servopressen gegenüber der alten Zunft dar und zeigt, warum der Muskelaufbau der elektrischen Pressen nachhaltiger ist.

Warum die Hydraulik in der Press- und Umformtechnik ausgedient hat

Servopressen unterscheiden sich zwischen Einständerpressen, Zweiständerpressen oder Doppelständerpressen. Statt die hydraulische Kraftentwicklung zu nutzen, arbeiten sie mit einem Torque- oder Servomotor. Die Vorteile der Elektromechanik: Die Pressen sind präziser steuerbar, haben hohe Drehzahlen und somit eine bessere Verfügbarkeit der Presskraft. Ohne die Weiterentwicklung der Direktantriebstechnik hätte die elektrische Servopresse keine ernstzunehmende Alternative zu hydraulischen und mechanischen Pressen dargestellt.

Längst spielt die Stärke der hydraulischen Pressen keine Rolle mehr. Zwar ist ihre Kraftentwicklung nach wie vor schwer zu toppen, dennoch benötigen sie viel teure Energie. Kraft und Geschwindigkeit lassen sich gut regeln, jedoch ist sie bei Weitem nicht so dynamisch und flexibel konfigurierbar wie elektrische Servopressen.

Warum mechanische Pressen keine Alternative zu Hydraulikpressen sind

Mechanische Pressen weisen zwar eine höhere Dynamik und eine größere Fertigungskapazität als Hydraulikpressen auf, sind aber aufwendiger in der Konstruktion. Außerdem haben sie eine geringere Presskraft. Der Anwender kann den Pressprozess der Maschinen nicht regeln, was sich wiederum auf die Flexibilität auswirkt. Wer eine mechanische Presse im Keller hat, sollte sich daher genau überlegen, ob er sie abstauben will ‒ denn Qualität und Produktivität stehen hierbei in keinem harmonischen Verhältnis. Zwar steigern die hohen Geschwindigkeiten bei mechanischen Pressen deren Hubzahl, büßen aber an Qualität ein, wenn die Presse zu schnell auf das Material trifft. Eine starre Funktionalität dieser Pressen schränkt den Blumenstrauß an verschiedenen Produktvarianten ein.

Wie Servormotoren in der Press- und Umformtechnik arbeiten

Die Presstechnik ist für die Montage von Bauteilen aller Couleur immer noch ein obligatorisches Fügeverfahren. Gegenüber hydraulischen Pressen sind die servo-elektrischen Pressen jedoch wartungsärmer und brauchen keinen zeitaufwendigen Ölwechsel. Leistungsstarke Servomotoren treiben die Press- und Umformmaschinen an. Oft wird hierbei das Getriebe mit einer Exzenterwelle verbunden. Die Maschinen kommen somit ohne Schwungrad aus. Außerdem lassen sich die Stößelbewegungen bei Umformmaschinen beliebig programmieren. Der Anwender hat die Möglichkeit, verschiedene Stößelprofile anzulegen. Er verbessert die Fertigungsqualität für verschiedene Umformprozesse damit signifikant. So führt zum Beispiel die Reduzierung der Stößelgeschwindigkeit direkt vor dem Schneidvorgang dazu, dass der Auftreffstoß zwischen Werkzeug und Blech vermindert wird. Trennt sich das Material, beschleunigt der Stößel im Rückhub stark, wodurch die Maschine eine hohe Hubzahl erreicht. Die an den Prozess adaptierte Stößelkinematik kann die Umformqualität beim Tiefziehen ebenfalls steigern.

Das Blechmaterial fließt dann besser nach, wenn die Taumelbewegung des Stößels während des Ziehvorgangs vertikal angelegt ist. So vermeidet der Bearbeiter, dass sich Risse bilden. Die Ziehlänge wird zudem größer.

Warum die elektrischen Servoantriebe ressourcenschonender und zukunftssicher sind

Der globale Trend bei den Pressmaschinenherstellern geht zur Verwendung von leistungsstarken High-Torque-Motoren. Diese Motorentechnik ist mit Leistungselektronik, Steuerungen und Software gekoppelt. Anwender können somit

• die Taktzeiten exakt regeln
• Produktqualitäten erhöhen
• den Werkzeugverschleiß verringern
• den Energieverbrauch senken
• die Klimafreundlichkeit signifikant erhöhen.

Geschwindigkeit, Position und Richtung des Pressenstößels lassen sich leicht und konsistent regeln. Der Anwender hat die Möglichkeit, die Umformkraft exakt zu bestimmen. Über den gesamten Hub wird die gesamte Nominalpresskraft gewährleistet. Der Betreiber kann zudem die Hubhöhe im Pendelhub minimieren, sodass der Antrieb keine vollen Umläufe macht, sondern permanent die Drehrichtung wechselt. In der Folge garantiert dies kürzere Taktzeiten und eine Steigerung des qualitativen Outputs.

Durch die freie Programmierbarkeit des Bewegungsprofils können Servopressen z. B. Materialien bearbeiten, die eine Haltezeit im unteren Presspunkt, etwa zum Erhitzen des Materials, benötigen.

Mit der unmittelbaren Verbindung von Servo- oder High-Torque-Motor mit der Kurbelwelle, lässt sich die Umformenergie präzise dosieren ‒ überflüssige Verschleißteile stören nicht. Bei der Diskussion um ressourcenschonende und nachhaltige Produktionen ist wichtig, dass elektrische Servomotoren in Pressen, Stanzmaschinen und bei anderen Umformprozessen einen wesentlich geringeren Wartungsaufwand haben. Außerdem steigt der Gesamtwirkungsgrad, also die Effizienz der Maschine, deutlich.

Wo liegen die technischen Herausforderungen bei Servoantrieben?

Entwickler stehen bei den Servoantrieben aber noch nicht am Ende ihrer Weisheit. Zukünftig gilt es, die Stromspitzen, beziehungsweise die Spitzenkapazitäten, in den Griff zu bekommen. Wenn im Peak der Pressenstößel auf dem Presspunkt liegt, ist die Spitzenlast am höchsten. Wer Energie sparen muss und will, hat hier einen Schmerzpunkt. Diese Maximalmomente benötigt man, um die entsprechende Presskraft herzustellen und sie zu halten. Schafft es die Entwickler daher, die Antriebstechnik nicht ausschließlich ausgehend von den Nennmomenten zu berechnen, sondern sie auch auf Basis des Spitzenmomentes zu definieren? Ein Schlüssel hierfür können Motoren mit Mehrfachwicklung sein. Diese Motoren haben zum Beispiel die Automatisierungs- und Antriebs-Profis von Baumüller im Programm.

Während die hydraulischen und mechanischen Pressen permanent unter Druck stehen, benötigen die Servopressen lediglich beim Pressvorgang die Energie. Die elektrischen Servopressen sind daher in vielen betriebswirtschaftlichen und produktionstechnischen Segmenten der Punktsieger. Bei der Energierückgewinnung und den Spitzenlasten hat die Industrie jedoch weiterhin Hausaufgaben zu erledigen.