Servo-Presse mit Aha-Effekt

von Günter Kögel Nach langem Zögern tritt eines der führenden Unternehmen im Bereich Servopressen jetzt auch in Deutschland an: Amada. Die bei uns vor allem für ihre Abkantpressen, Biegezellen, Stanzmaschinen und Laserschneidanlagen bekannten Japaner haben weltweit bereits mehr als 1.200 Servopressen installiert und im Solution Center in Haan mit ihrer einzigartigen servo-elektrischen Presse schon mehrere altehrwürdige Stanzer zum Staunen gebracht.

Wenn Axel Willuhn, Produktmanager Stanz- und Lasertechnik der Amada GmbH, in einem der Besprechungsräume des eindruckvollen Solution Centers in Haan die Vorteile und Unterschiede der servo-elektrischen Pressen erklärt, kann er immer wieder einen ähnlichen Ablauf beobachten: Erfahrene Stanzer schmunzeln bei seinen Ausführungen wissend in sich hinein – und glauben offensichtlich kein Wort von dem, was sie gerade hören. Aber sobald sie in der Vorführhalle sind und live – am besten noch am eigenen Werkzeug – sehen, was die Presse kann, wird aus dem Schmunzeln ganz schnell ein ungläubiges Staunen. Denn immer wieder schafft es Amadas Vorzeigepresse, absolute Problemteile von erfahrenen Blechbearbeitern locker und entspannt in die gewünschte Form zu bringen. Damit nicht genug: Die Servopressen kommen bei Folgeverbundwerkzeugen mit weniger Stufen aus, sind bei manchen Teilen trotz reduzierter Umformgeschwindigkeit deutlich schneller als die bisherigen Pressen und brauchen teils nur einen Bruchteil deren Energie. Da stellt sich schon die Frage, warum Amada seine Servopressen, von denen weltweit schon über 1.200 installiert wurden (500 allein von dem Pressentyp, mit dem Amada jetzt in Europa startet), erst jetzt in Deutschland anbietet. Axel Willuhn: „Amada hat insgesamt schon über 55.000 Stanz- und Ziehpressen weltweit installiert, davon aber nur einige wenige in Europa. Selbst mit den in Japan so erfolgreichen Servo-Pressen wollte dieser Schritt wohl überlegt sein, da viele Marktsegmente schon gut besetzt schienen. Nach genauer Betrachtung konnten wir jedoch feststellen, dass nicht alles, was sich Servo-Presse nennt, dieses Prädikat tatsächlich verdient. Wir haben aber schließlich dem Wunsch unserer Kunden nachgegeben, die unsere Pressen mit Servo-Antrieben in Japan gesehen und deren Vorteile erkannt haben, und die unbedingt eine solche Maschine haben wollten.“ Bei der Einweihung des imposanten Solution-Centers in Haan hat Amada diesen Wunsch erfüllt und eine Servopresse gezeigt – eigentlich mehr, um ein Gefühl für die Reaktion der Kunden zu bekommen. Doch es kam anders als gedacht. Axel Willuhn: „Die Reaktion war so überwältigend, wie wir es im Leben nicht für möglich gehalten hätten. Wir haben in kürzester Zeit sechs Aufträge generiert. Bis heute habe ich rund 150 Kundengespräche geführt, aus denen mittlerweile 82 laufende Projekte entstanden sind. So eine Quote habe ich in meinem ganzen Berufsleben noch nie erreicht. Das war bislang in der Branche einfach nicht vorstellbar, zeigt aber, dass wir auf dem richtigen Weg sind.“

Speziell für Pressen entwickelter Servomotor

Der Schlüssel zum Erfolg ist eindeutig der speziell auf die besonderen Anforderungen der Pressen hin entwickelte Servomotor, bei dem das Know-how der Entwicklungsingenieure zu einer einzigartigen Lösung geführt hat. Dazu Axel Willuhn: „Die meisten Motorenhersteller setzen bei Servopressen auf Schnellläufer-Servomotoren und entsprechende Untersetzungsgetriebe. Unserer Überzeugung nach sind diese Motoren aber denkbar ungeeignet für die besonderen Anforderungen der Servopressen. Denn eine Presse braucht einen sehr kraftvollen Motor mit einer hohen Leistung, der fast im Stillstand seine volle Kraft entfalten kann. Schnellläufer-Servomotoren mit 1.500 oder sogar 3.000 min-1 brauchen dazu eine sehr hohe Anschlussleistung. So gibt es durchaus Servopressen, die bei 200 Tonnen Presskraft über 200 kVA Anschlussleistung benötigen. Wir brauchen bei so einer Presse gerade einmal 35 kVA, denn unsere Motoren erreichen deutlich höhere Drehmomente und drehen deutlich langsamer. Deshalb müssen wir entsprechend weniger Energie aufbringen, um die Motoren zu beschleunigen und abzubremsen.“ Damit nicht genug: Durch das extrem hohe Drehmoment des Motors kann die Presse selbst bei einer Geschwindigkeit nahe Null die Kraft aufbringen, um den Prozess sicher beherrschen zu können. Weiterer Vorteil gegenüber anderen Servopressen: Das Amada-System kann im UT bei voller Drucklast über mehrere Sekunden den Druck halten, was so mancher Presse anderer Hersteller Probleme bereitet. Eine Einschränkung hat der Amada-Antrieb aber doch, denn wie Axel Willuhn erklärt, ist „der Motor in der Herstellung nicht günstig. Wir sind dadurch mit unseren Servo-elektrischen Pressen nicht im Low-cost-Bereich angesiedelt, was gerade bei einem Markteintritt nicht einfach ist. Doch die Maschine zeichnet sich durch verschiedene erhebliche Vorteile aus, die unsere Kunden überzeugen. Zudem rechnet sich der Mehrpreis spätestens über den geringeren Energieverbrauch, denn wir kommen gegenüber vielen gängigen Systemen mit nur zehn Prozent der Energie aus.“ Der Servomotor treibt über eine Lastübersetzung direkt die Exzenterwelle an, die über Pleuel den Stößel antreibt. Überschüssige Energie wird in Kondensatoren zwischengespeichert. Axel Willuhn: „Dadurch wirkt sich eine Steigerung der Hubgeschwindigkeit nicht nennenswert auf den Energieverbrauch aus. Zum Vergleich: Wir konnten mit unserem langsam laufenden Servomotor gegenüber herkömmlichen Exzenterpressen schon Energiekostenvorteile von 50 Prozent nachweisen – von einem Mehrverbrauch an Energie kann also bei unseren Pressen nicht die Rede sein. Ganz im Gegenteil.“ Dazu eine Beispielrechung von Amada: Bei einer Einsparung von 50 kW pro Stunde – für Willuhn ein je nach Anwendung sehr niedrig angesetzter Wert – ergeben sich bei 10 Stunden pro Tag, 220 Arbeitstagen im Jahr und Kosten von 10 Cent pro Kilowattstunde Einsparungen von rund 11.000 Euro. Meist sind es deutlich mehr, denn die realen Einsparungen bewegen sich häufig im Bereich von 15.000 bis 25.000 Euro. Noch überzeugender sind die technischen Vorteile des Systems. Axel Willuhn: „Wir können in Sekundenbruchteilen die Drehzahl anpassen und uns dadurch schnell dem Werkstück nähern, dann im eigentlichen Arbeitshub bewusst langsam fahren – bis hinunter auf ein Prozent der Nominalgeschwindigkeit. Falls nötig können wir sogar ganz anhalten, um dem Material Zeit zum Fließen zu geben. Die hier ‚verlorene’ Zeit holen wir dann durch einen schnellen Rückhub locker wieder auf.“ Der gesamte Bewegungsablauf lässt sich dazu völlig frei programmieren – inklusive Halte- und Rückzugspunkten und Geschwindigkeiten. Die Servopresse kann, wenn gewünscht, einen ganz normalen Sinus-Verlauf fahren wie jede Exzenterpresse, sie kann aber auch mit einer ganz kurzen Durchstanzbewegung, mit einer Pendelbewegung oder mit einem schnellen Annähern und anschließendem Halten einer Position betrieben werden. Dies alles ohne aufwändige Programmierung – es reicht das Eintragen der gewünschten Geschwindigkeits-, Halte- und Rückzugswerte in eine einfache Tabelle in der Steuerung. In einem so genannten Flex-Motion Betrieb lassen sich sogar bis zu 20 Halte- oder Umkehrpunkte eingeben. Die Verkettung aller Punkte errechnet dann die Steuerung automatisch. Der Anwender kommt dadurch sehr einfach zu einem individuellen Bewegungsprofil.

In kürzester Zeit zum Gutteil

Wie schnell die Servopresse nach dem Einbau eines Werkzeugs Gutteile liefert, beeindruckt gerade erfahrene Stanzer immer wieder. Axel Willuhn: „Bei normalen Pressen dauert allein der Setup des Werkzeugs in der Regel zwischen einer und drei Stunden. Bis dann ein Gutteil von der Presse kommt, vergeht manchmal eine weitere Stunde. Wir haben hier vor kurzem ein Stanz-Biege-Werkzeug für ein diffiziles Befestigungselement in unsere Servopresse eingesetzt, und schon eine halbe Stunde später lagen die ersten Gutteile auf dem Tisch. Der Einrichter hatte 30 Jahre Stanz-Erfahrung und konnte kaum glauben, was er gesehen hat.“ Die Amada-Servotechnik hat daran einen erheblichen Anteil, denn neue Werkzeuge lassen sich mit einem elektronischen Handrad auch unter Last sehr einfach, feinfühlig und genau einfahren. Anderes Beispiel: Ein Blechbearbeiter hatte bei einem tiefgezogenen Napf massive Probleme mit Rissbildung. Das mitgebrachte Werkzeug wurde eingesetzt und das Blech mit mehrfachem Drücken und Entlasten – für den Servomotor eines der leichtesten Übungen – schrittweise in einer Station umgeformt. Auf diese Art und Weise konnte Amada mit dem unveränderten Werkzeug ad hoc ein sehr gutes Ergebnis erreichen. Nach einigen Modifikationen konnte die Produktivität so weit gesteigert werden, dass der Anwender sogar einen höheren Ausstoß als zuvor erzielte – ohne ein einziges Ausschuss-Teil. Wie Axel Willuhn versichert, finden sich die Auswirkungen des mehrfachen Drückens und Entlastens zwar in keinem Lehrbuch, doch der Effekt ist unübersehbar: „Der übliche Ablauf ist es, anzudrücken und – wenn der Fließprozess in Gang gekommen ist – konsequent und mit gleichbleibender Geschwindigkeit langsam nachzudrücken. Doch die Erfahrung mit der Servopresse ist eine ganz andere: Wenn der Fließprozess in Gang gekommen ist, unterbrechen wir und ziehen sogar ein Stück zurück, drücken dann nach und ziehen wieder zurück – dies immer wieder bis die gewünschte Ziehtiefe erreicht ist. Der Vorteil: Das Material kann sich beruhigen, Risse im tiefgezogenen Bauteil treten nicht mehr auf. Zudem erwärmt sich beim normalen Tiefziehen ein von uns getestetes Bauteil auf 100 bis 120°C, was spezielle Schmierstoffe erfordert und die Maßhaltigkeit negativ beeinflusst. Beim schrittweisen Umformen mit unserer Servopresse bringen wir dagegen wesentlich weniger Wärme ins Bauteil ein, das nur noch handwarm wird.“ Dies hat auch beim Prägen von Zahnrädern, hochfesten Kettengliedern und ähnlichen Teilen enorme Vorteile, denn in einer Umformstufe lassen sich mit dem Verfahren sehr hohe Umformgrade erreichen. Überaus positiv wirkt sich die Servotechnik auch auf die Belastung und damit auf die Standzeit der Werkzeuge aus. So konnten einige der Anwender die Standzeiten ihrer Werkzeuge um den Faktor 2 bis 4 verlängern – das ist bares Geld, das die Firmen dann nach Erfahrung von Axel Willuhn gerne für eine etwas teurere Presse ausgeben: „Wir hatten schon renommierte Firmen im Haus, denen es relativ egal war, was die Presse kostet, denn deren Hauptkostenblock waren die Werkzeuge. Wenn bei einem Werkzeug für 100.000 oder 200.000 Euro die Standzeit verdoppelt werden kann, hat sich die Presse schnell amortisiert.“ Bei den teuren Folgeverbundwerkzeugen drückt noch ein zusätzlicher Vorteil die Kosten nach unten. So konnten in einigen Fällen durch die besonderen Regeleigenschaften der Presse die Werkzeuge rund 30 Prozent kleiner und mit weit weniger Fertigungsschritten gebaut werden als zuvor, was dem Anwender neben dem Kosteneffekt der längeren Lebensdauer zusätzlich die nötige Investition reduzierte.

Wesentlich geringere Geräuschentwicklung

Wie schonend Amadas Servopresse mit den Werkzeugen umgeht, kann man sogar hören. Das Stanzen einer Ronde aus 10 mm Edelstahl war auf einer deutlich stärkeren mechanischen Exzenterpresse mit einer Geräuschentwicklung von rund 120 dBA verbunden. Mit dem identischen Werkzeug auf der Servopresse waren es mit einem geänderten Bewegungsablauf gerade einmal 72 dBA – das sind Welten, denn eine Verringerung um 3 dBA entspricht einer physikalischen Halbierung des Lärms. Weitere Besonderheit: Die servo-elektrischen Pressen von Amada sind echte Allrounder, die sich in allen Bereichen der Blechbearbeitung zuhause fühlen. Axel Willuhn: „Wir formen auf der einen Seite in einem Hub Deckel aus 3,2 mm dickem Stahlblech für Kettensägen und zwar inklusive aller Prägungen und Verzahnungen, wofür bislang im Folgeverbund sechs bis zehn Stationen nötig waren. Auf der anderen Seite stanzen wir hauchdünne Bleche für Elektronikkomponenten. Denn die Servopresse ist viel universeller einsetzbar als jedes konventionelle System; speziell entwickelte Einzweck-Pressen sind nicht mehr nötig. Damit bewegt sich die Auslastung auf einem ganz anderen Niveau – ein weiterer Kostenvorteil, obwohl das System doch um Einiges teurer ist als eine einfache Exenterpresse. Unsere servo-elektrische Presse eignet sich optimal für Stanz-, Biege-, Umform-, Tiefzieh-, Präge-, Folgeverbund- und mit Einschränkungen sogar für Feinstanz-Werkzeuge. Wir können zwar nicht die Performance einer speziell auf das Feinstanzen ausgelegten Presse bieten. Aber mit einer intelligenten Werkzeugtechnologie können wir durchaus Schnittanteile von 95 Prozent erreichen und etwa 60 bis 70 Prozent des Feinstanzens abdecken.“ Für die Pressen sprechen auch das Führungsverhältnis (Stößelführung/Tischbreite), das nahe am theoretischen Optimum von 1 liegt, und eine hervorragende Überlastsicherung. Die Kombination aus einem extrem massiven Maschinenrahmen, einer in den Stößel integrierten Drucksensorik und dem sehr schnell und sensibel reagierenden Servoantrieb verhindert zuverlässig eine Überschreitung der zulässigen Kräfte, so dass seit der Vorstellung der Pressen noch kein einziger Rahmenbruch zu verzeichnen war. Allen, die nun wissend in sich hi­nein schmunzeln, lädt Axel Willuhn ins Solution Center nach Haan ein. Nicht ohne Grund: „Aus nahezu jeder Anfrage, bei der ein Kunde sein Werkzeug mitgebracht und auf unserer servo-elektrischen Presse gefahren hat, ist auch ein Auftrag geworden.“W

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