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Dynamischer Umformprozess öffnet Tür zu Losgröße-1-Produktion

01  Die CAD-Zeichnung zeigt die Gesamtdimension der über 30 m langen Anlage

01  Die CAD-Zeichnung zeigt die Gesamtdimension der über 30 m langen Anlage

02  Albert Sedlmaier, Geschäftsführer Data M, Holzkirchen: „Wir sind auch über die Entwicklungsphase hinaus sehr froh über diese Partnerschaft, weil sie uns hilft, international die Ersatzteilversorgung und den technischen Support für solche Anlagen sicherzustellen“

02  Albert Sedlmaier, Geschäftsführer Data M, Holzkirchen: „Wir sind auch über die Entwicklungsphase hinaus sehr froh über diese Partnerschaft, weil sie uns hilft, international die Ersatzteilversorgung und den technischen Support für solche Anlagen sicherzustellen“

03  Je zehn sich gegenüberstehende Rollform-Einheiten bringen den durchlaufenden Walzstahl-Zuschnitt in seine finale Form

03  Je zehn sich gegenüberstehende Rollform-Einheiten bringen den durchlaufenden Walzstahl-Zuschnitt in seine finale Form

04  Die Formrollen machen aus dem durchlaufenden Blech-Zuschnitt ein dreidimensio­nales Rahmenteil

04  Die Formrollen machen aus dem durchlaufenden Blech-Zuschnitt ein dreidimensio­nales Rahmenteil

05  Die Steuerung der gesamten Anlage mit zwei parallel arbeitenden Pacdrive-3-LMCControllern, darunter zwei Sicherheitssteuerungen mit dem gemischten IO-Feld

05  Die Steuerung der gesamten Anlage mit zwei parallel arbeitenden Pacdrive-3-LMCControllern, darunter zwei Sicherheitssteuerungen mit dem gemischten IO-Feld

Mit einem Rollform-System zur Herstellung von Lkw-Längsträgern hat Data M das Ideal jedes Produktionsleiters erreicht: Ohne Werkzeugwechsel lässt sich eine Vielzahl verschiedener Geometrien und Formen herstellen. Ein CAD-File aus einer Bibliothek – zukünftig vielleicht sogar aus der Cloud – ist die Datenbasis für den Servo-basierten Umformprozess. Bei der Automatisierungslösung stützt sich Data M auf Schneider Electric und seine Pacdrive-Motion-Control-Technologie.

Die Data M Sheet Metal Solutions GmbH ist auf Software-Entwicklung und Ingenieurdienstleistungen im Bereich der Blech verarbeitenden Industrie spezialisiert. Das 1987 gegründete Unternehmen mit Sitz im bayerischen Valley hat CAD-Lösungen zur Entwicklung von Werkzeugen für die Herstellung von Spezialprofilen, Rohren oder auch Drahtmaterial entwickelt, außerdem Software zur Simula­tion der Umformvorgänge sowie der vor- und nachgeschalteten Fertigungsprozesse. Zu den bekannten Produkten des Unternehmens zählt die Software Copra RF. Sie wird weltweit von den führenden Automobilzulieferern zur Planung der Walzprofilier-Prozesse und der Umformsimulation der Produktionsprozesse eingesetzt.

Lösung für dreidimensionale Walzprofile mit variablen Querschnitten
Jüngst hat das Unternehmen eine eigene Maschinenlösung für die Herstellung von dreidimensionalen Walzprofilen vorgestellt (Bild 1). Die für einen asiatischen Hersteller von Lastkraftwagen realisierte Anlage ist für die Produktion von Lkw-Längsträgern ausgelegt. Sie fertigt aus bis zu 7 mm starken Blechplatinen in einem einzigen Durchlauf drei­dimensionale Profile mit über der Längsachse variablen Profilquerschnitten. Eine solche Rollform-Anlage hat gegenüber klassischen Pressverfahren einige Vorteile. Der Wegfall des Formenbaus ist nur ein positiver Effekt. Der größte Vorteil liegt in der Flexibilisierung der Produktion. „Unsere Anlage ist in der Lage, mit ein- und demselben Werkzeugsatz variabel Lkw-Längsträger in einer Vielzahl verschiedener Geometrien und Formen herzustellen – ohne Werkzeugwechsel“, beschreibt Data-M-Geschäftsführer ­Albert Sedlmaier die eindrucksvollen Möglichkeiten (Bild 2).
Je zehn entlang der Umformungsstrecke sich gegenüberstehende Rollform-Einheiten sorgen für einen ruckfreien und daher energieeffizienten Formprozess (Bild 3). Jede dieser Einheiten lässt sich durch mehrere Servoantriebe unabhängig von den anderen Einheiten bewegen. Eine Parallel-Kinematik im Fuß erlaubt sowohl eine Rotation als auch eine Translation der Umformgerüste. Zwei weitere Antriebe ermöglichen eine individuelle Anpassung der Drehgeschwindigkeiten der oberen und unteren Formrollen. Durch das synchrone Zusammenspiel der Bewegungen während des Umformprozesses erzeugen die Formrollen jeder Einheit aus dem durchlaufenden Blech-Zuschnitt das dreidimensio­nal geformte Rahmenteil (Bild 4).

Automatisierung, Engineering und weltweiten Support durch Partner
Die Anlage vereint anspruchsvolles Walzprofilierungs- sowie Simulations-Know-how mit einer nicht minder komplexen Automatisierungslösung. Für letztere holte Data M Schneider Electric mit ins Boot, sowohl als Lösungsanbieter für die Hard- und Software als auch für das Engineering: Nach Vorgaben von Data M übernahm das European Flexcenter von Schneider Electric das Engineering für die Schaltplanerstellung, das Schaltschranklayout sowie den Schaltschrankaufbau.
A. Sedlmaier betont, dass für ihn die Partnerschaft mit Schneider Electric einen hohen Stellenwert hat: „Die Unterstützung von Schneider Electric war ein entscheidender Faktor für unseren Erfolg. Unsere eigenen Entwicklungskapazitäten wären nicht ausreichend gewesen, um eine Steuerungstechnologie zu entwickeln, wie sie in diesem Projekt erforderlich ist. Aber wir sind auch über die Entwicklungsphase hinaus sehr froh über diese Partnerschaft, weil sie uns hilft, international die Ersatzteilversorgung und den technischen Support für solche Anlagen sicherzustellen.“
Die Automatisierungslösung basiert auf der Pacdrive-Motion-Control-Technologie von Schneider Electric. Im Verpackungsmaschinenbau seit circa 15 Jahren als eine der führenden Automatisierungslösungen weltweit bekannt, kommt Pacdrive durch den Siegeszug der Servotechnik auch immer häufiger bei Bearbeitungs-, Produktions- und Montageprozessen zum Einsatz. Die gesamte, dem Formprozess vorgelagerte CAD-Datenaufbereitung und die Simulation finden bei der Anlage auf einem PC statt: Mithilfe der dort installierten Software von Data M wird ein DXF-File erzeugt, aus dem wiederum die Kurvenwerte für die Steuerung berechnet werden. Nach der im Rahmen einer Simulation durchgeführten Kollisionskontrolle werden die Kurvenwerte direkt an die Maschinensteuerung übertragen.

100 Servoachsen erhalten ­Informationen im ms-Takt
Die 100 Servoachsen zum Drehen und Verschieben der Umform-Einheiten bzw. zum Rotieren der Umformrollen sind alle über Sercos mit zwei Pacdrive-Steuerungen verbunden, die sich die Steuerung der Anlage teilen (Bild 5). Für diese Aufgabe entwickelte Data M ein spezielles Maschinenprogramm, das dank seiner Modularität problemlos auch bei anderen Rollformanlagentypen eingesetzt werden kann. Etwa 1 000 IO-Punkte, verteilt auf 50 über die ganze Anlage hinweg verbaute IO-Inseln, sind ebenfalls über Sercos an die Steuerung angebunden.
Die gesamte Servolösung basiert auf Multiachs-Servo-Antrieben der Baureihe Lexium 62. Sie wurde speziell für Pacdrive entwickelt, um bei hohem Servo-Aufkommen durch Reihenmontage mit gemeinsamer Nutzung von Netzgeräten und elektrischer Integration über Schieber den benötigten Schaltschrankraum und die Montagezeiten zu reduzieren. Die elektronischen Typenschilder der Umrichter sowie die der angeschlossenen Servomotoren erleichtern durch automatische Konfiguration und Firmware-Abgleich im Zusammenspiel mit den Pacdrive-Controllern die Inbetriebnahme, die Diagnose sowie die Wartung.
Während des Umformprozesses geben die Servo-Antriebe jede ms einen Positionswert an jede Achse ab und lesen die resultierenden Motorströme wieder ein. Dadurch kann die Steuerung mithilfe spezieller Algorithmen die Drehzahl der Umformrollen und somit den Umformprozess in Bezug auf den Energieverbrauch und die Oberflächenqualität optimieren.
Die erforderliche Funktionalität im Bereich der sicherheitsgerichteten Automation erbringen zwei Sicherheitssteuerungen des Typs Modicon TM5 SLC. Im Rahmen einer eingebetteten Sicherheitslösung kommunizieren sie mit einem parallelen Sicherheitsprotokoll über den Standard-Sercos-Bus mit den beiden Pacdrive-Steuerungen, den Servo-Antrieben und den sicheren IO. Letztere sind teilweise „sortenrein“, teilweise aber auch in IO-Inseln mit gemischten Verbünden aus sicheren und nicht sichereren IO über Standard-Bus-Koppler in die Sercos-Kommunikation integriert.

Implementierung in Industrie-4.0-gestützte Prozesse
Insgesamt betrachtet ist die flexible Rollform-Anlage von Data M mehr als nur ein Schritt zur maximalen Flexibilisierung einer Produktion bis herab zu Losgröße 1: Sie ist im Prinzip eine CNC-Lösung, die ohne Umrüstvorgänge und Feinjustagen wiederholgenau beliebige Teile aus einem vorgegebenen Repertoire herstellen kann. Komplexe Prozesse wurden konsequent in Software gekapselt, die Bedienung der Anlage vereinfacht. Die vorausgehende Simulation und Online-Überwachung bzw. Korrektur während des Umformvorgangs schaffen ausreichende Prozesssicherheit, um auf Basis einfacher CAD-Files ohne Spezialisten vor Ort produzieren zu können. Die eingesetzte Motion-Control-Technologie vereinfacht auf Basis einer ausgefeilten systeminternen Kommunikation mit Autokonfigurations-­Mechanismen den Austausch von Komponenten im Rahmen von Maintenance-Maßnahmen. Damit sind die Voraussetzungen erbracht für eine örtliche Trennung von Teile-Konstruktion, Produktionssteuerung und Materialwirtschaft sowie deren Verknüpfung über Internet-gestützte Informationstechnologien – für eine Produktion à la Industrie 4.0. Dies wird auch in dem Video über die Applikation deutlich.

Toni Schneider ist Segment Manager Maschinenhersteller bei Schneider Electric. toni.schneider@schneider-electric.com