Hochleistungs-Planetengetriebe Kleine Kraftprotze

Enorm sind die Kräfte, die bei der Umformung und Stauchung schwerer Drahtabschnitte für Sicherheitsbauteile in der Bauindustrie aufgebracht werden müssen.

Bild: iStock, VasjaKoman
09.12.2016

In einer Fertigungslinie zur Herstellung von Sicherheitsbauteilen verrichten verschiedene Servogetriebe leise und effizient Arbeit. Spielarme Planetengetriebe können dabei hydraulische Antriebe übertreffen - Kraft steht bis 300 Tonnen zur Verfügung.

Enorm sind die Kräfte, die bei der Umformung und Stauchung schwerer Drahtabschnitte für Sicherheitsbauteile in der Bauindustrie aufgebracht werden müssen. Solche Sondermaschinen stellen hohe Anforderungen an Leistung, Drehmoment und Präzision. Die Schmale Maschinenbau übernimmt die technologieorientierte Planung umformtechnischer Anlagen. Sie ist auf Produktionsanlagen für Draht, Rohr und Band spezialisiert. Das Ingenieurbüro in Altena (Nordrhein-Westfahlen) nutzt dabei Servogetriebe der Wittenstein Alpha. Individualität und Effizienz erreicht Schmale durch sein Baukasten-Prinzip, das es ermöglicht, verschiedene Fertigungstechnologien miteinander zu kombinieren.

Elektrische Antriebe bieten gegenüber hydraulischen Konzepten einige Vorteile. „Sie sind sauberer, leiser, effizienter und einfacher zu handhaben. Zudem entfällt der Wartungsaufwand für das Befüllen, Entlüften und Reinigen des Hydrauliksystems – ganz zu schweigen von der Entsorgung des Hydrauliköls. Kraft steht flexibel bis 300 Tonnen zur Verfügung und die elektrischen Achsen sind leicht erweiterbar“, sagt Geschäftsführer Daniel Schmale. Entscheidend sind auch die Produktivitätsvorteile: höhere Flexibilität in Bezug auf Produktvarianten und Steuerbarkeit, mehr Präzision und hochdynamische Bewegungsprofile durch die elektronische Programmierung sowie bessere Produktivität und Verfügbarkeit durch verkürzte beziehungsweise minimierte Rüstzeiten. „Zudem ist die Servoaktuatorik die nachhaltigere Technologie. In dieser Sondermaschine schlägt die Energieersparnis pro Betriebsstunde gegenüber dem Verbrauch einer vergleichbaren hydraulischen Lösung im Schnitt mit etwa 250 kW zu Buche“, sagt Vertriebsleiter Andreas Goseberg. Seit Jahren nutzt Schmale daher die Servotechnik von Wittenstein Alpha, auch in einer Fertigungslinie zur Herstellung von Sicherheitsbauteilen für die Bauindustrie.

Servotechnik in der Doppelstauchpresse

Damit aus zehn bis 20 mm starkem Draht prozesssicher bearbeitete Drahtabschnitte für baurechtlich zugelassene Sicherheitsbauteile werden können, müssen diese verschiedene Handlings- und Bearbeitungsschritte durchlaufen. Von der Materialzufuhr als Coilware oder Zuschnitt aus einem Bunker bis zur finalen Doppelstauchung sind es insgesamt neun Prozessschritte, die mit Servogetrieben unterschiedlicher Produktfamilien von Wittenstein Alpha ausgestattet sind. Mit den spielarmen Planetengetrieben vom Typ TP+ 4000 High Torque mit Drehmomenten bis 40.000 Nm dringt die Servotechnik in der Schmale-Doppelstauchpresse in Leistungsbereiche vor, in denen bislang nur hydraulische Antriebe anzutreffen waren.

Für die Zuführung vom Coil hat Schmale in diesem Projekt einen kundenspezifischen, taktleistungsgeführten Haspel konstruiert, der Coilgewichte bis zu drei Tonnen aufnehmen kann. In der nächsten Station sorgt ein Sechsfach-Revolver-Richtwerk dafür, dass der Draht gerichtet wird – und minimiert so die Rüstzeiten der Maschine bei wechselnden Drahtdurchmessern. Ein servoelektrisch angetriebener Rollenvorschub führt den Draht präzise zu. Um auch vorproduzierte Stablängen zu führen und verarbeiten zu können, ist die Maschine zusätzlich mit einem Bunkerförderer ausgestattet. Nach einem weiteren Handlingsschritt wird der Draht in eine Induktionsanlage transportiert, die ihn an den Stabenden je nach Ausführung auf bis zu 1.000 °C erwärmen kann. Danach befördert ein servoelektrisch angetriebenes Lineartransfersystem die Drahtabschnitte zur Massivumformung in die erste Pressenstufe der Anlage. Servogetriebe der Produktfamilien SP+ und TP+ gewährleisten dort Dynamik und Präzision. Die hohe Leistungsdichte der Einheiten erlaubt zudem eine platzsparende Integration in die Maschine.

Servoaktuatorik für flexible Kraftübertragung

Die darauf folgende, abschließende Pressenstation ist zweistufig ausgeführt. „Da sehr viel Material gestaucht werden muss und die Knicklänge der Drahtabschnitte nicht überschritten werden darf, war die Aufteilung des Stauchprozesses in eine Vor- und eine Fertigstufe notwendig“, sagt Schmale. In diesen Prozessen werden unter enormen Umformkräften Köpfe bis zu 60 mm Durchmesser an den Stabenden angeformt. Während die drei Achsen und Festhalter der Vorstauchstufe jeweils 2.000 kN erzeugen, leisten die beiden Achsen der Fertigstauchstufe jeweils 3.000 kN. „Wenn man sich die erzeugten Kräfte und die gefahrenen Wege ansieht, sind das sehr dynamische Stauchbewegungen“, sagt Goseberg. Um per Hydraulik einen entsprechenden Druck aufzubauen, würde man ein großes Aggregat benötigen. Als Alternative zu einer solch starren Lösung, die zudem Nachteile hinsichtlich Energieeffizienz, Rüst-Flexibilität, Steuerungsgenauigkeit und Dynamik aufweist, nutzt Schmale eine flexible Kraftübertragung per Servoaktuatorik. „Dadurch können mit sehr kleiner Wirkfläche hohe Antriebsleistungen erzeugt werden“, erklärt Schmale.

Die High-Toprque-Ausführung des TP+ 4000 ist aufgrund der absoluten Leistung wie auch der Leistungsdichte gut geeignet, denn bei einem Durchmesser von 530 mm und einer Länge von 540 mm können sie in kleinstem Bauraum Drehmomente bis zu 40.000 Nm hochdynamisch übertragen. Insgesamt sind vier dieser spielarmen Planetengetriebe in der Doppelstauchpresse im Einsatz – jeweils zwei im Vorstauch- und im Fertigstauchprozess. Mit der Übersetzung i=22 und ihrem hohen maximalen Drehmoment passen sie gut zu den Kompakt-Servomotoren eines anderen Herstellers. „Die Servogetriebe stoßen in dieser Presse in Drehmomentbereiche vor, in denen bislang nur hydraulische Antriebe anzutreffen waren“, sagt Goseberg. Auch hier ließen sich die Vorteile der Servotechnik wie geringere Betriebskosten, höherer Wirkungsgrad, bis zu 15 Prozent mehr Produktivität und bessere Energieeffizienz nutzen. „Beim Einsatz von rückspeisefähigen Frequenzumrichtern ist eine Senkung des Energieverbrauchs von bis zu 73 Prozent möglich. Die Schmale-Sondermaschine zeigt, dass passend ausgelegte und beherrschbare Servogetriebe auch in leistungstechnischen Grenzbereichen durch Dynamik, Effizienz und Präzision gut einsetzbar sind. Sie machen Maschinen flexibler, leistungsfähiger und besser steuerbar.

Bildergalerie

  • 300-Tonnen-Doppelstauchpresse: Auch bei Höchstanforderungen an die Antriebstechnik ist die Servotechnik dem hydraulischen Prinzip überlegen.

    300-Tonnen-Doppelstauchpresse: Auch bei Höchstanforderungen an die Antriebstechnik ist die Servotechnik dem hydraulischen Prinzip überlegen.

    Bild: Schmale Maschinenbau

  • Mit dem Servogetriebe TP+ 4000 High Torque können auf kleinstem Bauraum Drehmomente bis zu 40.000 Nm hochdynamisch übertragen werden.

    Mit dem Servogetriebe TP+ 4000 High Torque können auf kleinstem Bauraum Drehmomente bis zu 40.000 Nm hochdynamisch übertragen werden.

    Bild: Schmale Maschinenbau

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