Für den komplexen Prozess des Innenhochdruckformens nutzt die 2.500-t-Presse eine offen SPS samt Motion Control und Sercos für die schnelle Kommunikation.

Für den komplexen Prozess des Innenhochdruckformens nutzt die 2.500-t-Presse eine offen SPS samt Motion Control und Sercos für die schnelle Kommunikation.Bosch Rexroth

Gräbener Maschinentechnik bietet die gesamte Wertschöpfungskette des Innenhochdruckformens (IHU) – auch Hydroforming genannt – an: von der Simulation erster Entwürfe über Konstruktion und Prototyping von der Kleinserienfertigung bis hin zur anwendungsspezifischen Presse. „Durch die Übernahme der Schuler-Hydroforming-Immobilie verdoppelten wir unseren Bestand an Prototyping- und Kleinserienmaschinen für die IHU von zwei auf vier und verfügen jetzt über das weltweit größte Kontingent für Prototyping-Aufgaben“, erklärt Torsten Adam, Sales Manager bei Gräbener Maschinentechnik. Die Maschinen verfügen über eine Schließkraft von 1.500 bis 10.000 t.

Allerdings erforderte die veraltete Steuerungstechnologie der erworbenen Maschinen eine Generalüberholung. Der Maschinenbauer nutzte das als Chance, auch für neue Maschinen eine aktuelle Steuerungsgeneration einzuführen. „Als Maschinenhersteller suchten wir eine Steuerungslösung, die wir schnell und effizient integrieren können und die eine hohe Funktionalität für komplexe Prozesse bietet“, so Adam. „Und als Maschinenbetreiber in unserem Prototyping Center erwarten wir von der Automatisierung einen geringen Zeitaufwand zur Entwicklung und Erprobung von Prototypen sowie Condition Monitoring und hohe Flexibilität.“

Technik im Detail

Die Renaissance der Innenhochdruckumformung

Bei der Innenhochdruckumformung (IHU) – auch Hydroforming genannt –verformt eine unter hohem Druck stehende Flüssigkeit ein Rohr oder Profil. Die Geometrie passt sich dabei der umgebenden Werkzeugkontur an. Um die Bauteilgeometrie zu verbessern, lässt sich je nach Prozess mit Dichtstempeln Material an den Rohrenden nachschieben. So können Konstrukteure im Automotive-Bereich komplexere Geometrien von geschlossenen Profilen nutzen. Mit Hydroforming lassen sich außerdem Bauteile  in einem Formschritt herstellen, die bisher aus mehreren Bauteilen zusammengefügt werden mussten. Der Werkstoff wird unter hohem Druck kaltverfestigt. So sind dünnere Wandstärken möglich, die das Gewicht von Rahmenstrukturteilen und Karosserieteilen verringern. Ihre erste Blütezeit erlebte die Innenhochdruckumformung bereits in den frühen 1990er Jahren, als die Steuerungstechnik erstmals genügend Rechenkapazität bereitstellte, um den komplexen IHU-Prozess mit zahlreichen geregelten hydraulischen Achsen reproduzierbar zu beherrschen. Seit kurzem belebt sich die Nachfrage durch die Automobilindustrie wieder, die neue Kapazitäten aufbaut und ältere Anlagen modernisiert, um die Produktivität zu steigern.

Die Kombination SPS und NC-Steuerung ist passé

Als Basis für die neue Steuerungsgeneration dient das Motion-Logic-System Indramotion MLC von Bosch Rexroth. Diese kompakte Steuerung für hydraulische, elektrische und hybride Antriebe vereint eine offene SPS nach IEC 61131-3 mit einer Motion Control. In der Software sind zahlreiche Regler für die Hydraulik bereits vordefiniert und müssen nur noch parametriert werden. Das verringert in Verbindung mit der Engineering-Umgebung Indraworks den Engineering-Aufwand. Damit löst die SPS die bislang in IHU-Pressen eingesetzte Kombination aus übergeordneter SPS und NC-Multiachssteuerung ab.

„Die Innenhochdruckumformung erfordert eine komplexe hydraulische Prozessführung“, erläutert Torsten Adam. Die Steuerung zentralisiert die Regelfunktionen sämtlicher hydraulischer Achsen und erhöht die Flexibilität beim Aufbau der Reglerstruktur. Gräbener verwendet hierfür analoge Achsmodule von Rexroth, die mit einem integriertem Sercos-III-Buskoppler in Echtzeit mit der Steuerung kommunizieren. Damit spielt Sercos eine entscheidende Rolle im hydraulischen Regelkreis, da die Performance des Automationsbusses für geringe Totzeiten und einen schnellen Regeltakt sorgen. Dies ermöglicht erst die flexible, zentrale Reglerstruktur. 

Von der Software über Ethernet TCP/IP, über die Steuerung und Sercos zu den Antrieben der Presse. Der geschlossene Regelkreis sorgt für einen effizienten und präzisen Prozess.

Von der Software über Ethernet TCP/IP, über die Steuerung und Sercos zu den Antrieben der Presse. Der geschlossene Regelkreis sorgt für einen effizienten und präzisen Prozess.Bosch Rexroth

Digitaler Achsregler betreibt geschlossenen Regelkreis

Die generalüberholte 2.500-t-Presse ist für den Betrieb von insgesamt acht Werkzeugregelachsen und zwei Druckübersetzern vorgesehen. Der Pressenstößel ermöglicht als geregelte Achse bereits ein Vorformen des eingesetzten Rohrvormaterials. Damit realisiert die Maschine Durchsetzungen am Bauteil ohne vorgelagerten Biegeprozess und verringert die Faltenbildung. Alle Regelachsen betreibt ein digitaler Achsregler im geschlossenen Regelkreis. Regelbare Achsen sind zum Beispiel der Pressenstößel, Werkzeugzylinder, Druckübersetzer und die Hydromotoren. Jede Regelachse kann positions- oder druckgeregelt in Abhängigkeit einer weiteren Achse betrieben werden. Bei Bedarf können diese Abhängigkeiten während eines Produktzyklus mehrfach wechseln.

Das eigentliche Prozessablaufprogramm mit der Visualisierung für den Bediener ist das vom Maschinenbauer selbst entwickelte Programm ‚Presspro‘. Der Bediener gibt die maschinen-, werkzeug- und prozessrelevanten Daten in Bildschirmmasken ein und liest dort auch die Ausgabe der Prozessdaten ab. Durch die klare Gliederung der Eingaben kann der Bediener die Maschine schnell an verschiedene Pressen, Werkzeuge und Prozesse anpassen.

Lebenszykluskosten niedrig halten

„Wir sind gleichzeitig Hersteller und auch Anwender, von daher wissen wir genau, wie wichtig niedrige Lebenszykluskosten im Betriebsalltag sind“, hebt Torsten Adam hervor. Deswegen verbessert ein intelligentes Hydraulikpumpen-Management die Energieeffizienz. Der Einrichter kann über eine Bedienmatrix die Pumpensollwerte prozessabhängig parametrieren. Damit erzeugen die Pumpen nur so viel Energie, wie der Prozess aktuell benötigt.

Auch Sercos trägt hier dazu bei, in der Produktionsphase Zeit und damit Kosten zu sparen. Pressen müssen sich schnell auf unterschiedliche Produkte umrüsten lassen. Mit dem Tausch eines Werkzeugs werden auch alle dazugehörigen hydraulischen Ventile und Steuermodule gewechselt. Dabei müssen die neuen Werkzeuge möglichst per Plug-and-Play mit der Steuerung verbunden werden können. Auch hier kommen die Achsmodule mit integriertem Sercos-III-Buskoppler zum Einsatz.

Eine weitere wichtige Stellgröße ist die Verfügbarkeit der Maschinen. Durch eine Istwertaufzeichnung aller wichtigen Kenngrößen kann der Anwender Prozesse schneller und einfacher verbessern oder Werkzeugverschleiß erkennen, bevor es zu einem Ausfall kommt. Dazu nutzt der Maschinenbauer das in Indraworks integrierte Tool ‚Winview‘.

„Die Innenhochdruckumformung gewinnt derzeit wieder enorm an Fahrt“, stellt Torsten Adam fest.“Mit der neuen Steuerungs- und Ethernet-Bus-Generation verbinden wir alle Vorteile des Verfahrens mit einer zukunftsorientierten und wirtschaftlichen Steuerungslösung.“