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Pressen Zukunft der Umformtechnik

Digitalisierung, Energieeffizienz, Zeit- und Kostendruck: Betreiber von Presswerken sehen sich heute vor immer mehr Herausforderungen gestellt. Doch viele Lösungen lassen sich schnell nachrüsten und hinzu kommen neue Absatzchancen durch die Elektromobilität.

Blick in die Produktion des Smart Press Shops, des Joint Ventures von Schuler und Porsche in Halle (Saale).
Blick in die Produktion des Smart Press Shops, des Joint Ventures von Schuler und Porsche in Halle (Saale).
(Bild: Schuler)

Die Welt ist in Bewegung, und das gleich in mehrfacher Hinsicht: Die digitale Transformation der Industrie und der Wandel zur Elektromobilität sind in vollem Gang, nachhaltige Produktionsmethoden gewinnen zunehmend an Bedeutung und auf politischer Ebene sind weitere Herausforderungen verschiedenster Art hinzugekommen. Deshalb sind innovative Lösungen zur Erhöhung von Wirtschaftlichkeit und Flexibilität im Presswerk in diesen Zeiten gefragt wie nie.

Die Digitalisierung der Umformtechnik ist in den vergangenen Jahren schon einige Schritte vorangekommen. So lassen sich etwa Presskraft und Hubzahlen per Smartphone oder Tablet jederzeit aus der Ferne abrufen, einschließlich historischer Daten. Sie liefern einen Hinweis etwa auf falsch positionierte Werkzeuge und auf Schäden, die sich anbahnen. Die Kühl- und Schmierkreisläufe können ebenfalls erfasst und dargestellt werden, einschließlich der Temperaturen und Systemdrücke. Wichtige Parameter für das Antriebssystem sind neben Temperaturen zum Beispiel die elektrische Leistungsaufnahme.

Diese gibt natürlich auch Aufschluss darüber, wie sich der Strombedarf energetisch optimieren lässt. Moderne Energie-Monitoring-Systeme verknüpfen die Informationen mit den Produktionsdaten und liefern die nötigen Kennzahlen zum Vergleich, damit Presswerksbetreiber beurteilen können, ob sie wirklich im effizientesten Betriebsbereich produzieren.

Systemanbieter in der Batteriezellenfertigung

Im August wurde bekannt, dass Schuler den italienischen Batteriezellenexperten Sovema übernimmt. Damit wollen die Göppinger Systemanbieter in der Batteriezellenfertigung für die Automobilindustrie und andere Branchen werden. Zusammen mit Sovema wird Schuler in Zukunft Maschinen und Anlagen entwickeln, die Gigafabriken in aller Welt für die Massenproduktion von Lithium-Ionen-Batterien benötigen. Die Verfügbarkeit derartiger Batterien in großen Stückzahlen ist die wesentliche Voraussetzung dafür, dass der umweltfreundlichen E-Mobilität im Straßenverkehr der Weg bereitet werden kann.

Einfache Konnektivität für schnelle Erfolge

(Bild: Schuler)

Bei neueren Maschinen sind die erforderlichen Schnittstellen schon eingebaut, ältere Linien lassen sich damit relativ einfach nachrüsten. Wer noch weiter gehen will, kann in seinen Pressen Kameras installieren, die mithilfe intelligenter Software den Umformprozess beobachten. Dabei erkennen sie beispielsweise, wenn sich ein Stanzrest ins Werkzeug verirrt hat und es zu beschädigen droht, und stoppen die Anlage sofort. Technisch möglich wird das durch den Vergleich von Ist- und Soll-Zustand innerhalb von Sekundenbruchteilen. Ungeplante Stillstände im Presswerk sind dadurch effektiv vermeidbar.

Eine weitere Kamera, die von oben ausgerichtet ist, kann nach demselben Prinzip die Qualität der Teile kontrollieren. Kratzer zum Beispiel fallen oft erst auf, wenn der Kunde die Lieferung bereits erhalten hat. Handelt es sich dabei um ein Ausschlusskriterium, muss die Produktion noch einmal von vorne beginnen. Mit intelligenten Systemen, die in einem solchen Fall Alarm schlagen, lässt sich das vermeiden. Nicht alle sind jedoch intuitiv bedienbar; bei der Auswahl sollte deshalb darauf geachtet werden, dass auch Nicht-Experten die Konfiguration in einer überschaubaren Zeit vornehmen können.

Service per Datenbrille

(Bild: Schuler)

Kommt es im laufenden Betrieb trotz aller Vorsichtsmaßnahmen doch einmal zu einem Pressenstillstand, müssen Bediener längst nicht mehr in jedem Fall auf die stundenlange Anreise eines Servicemitarbeiters warten. Mithilfe einer speziellen Software kann sich dieser nämlich sofort einen Eindruck vom Zustand der Anlage schaffen: Wie bei einem Video-Chat muss der Kunde dazu nur sein Smartphone auf die Maschine richten.

Dank Augmented-Reality-Technologie kann dann der Experte direkt im Sichtfeld des Handynutzers defekte Komponenten an der Presse markieren oder die Änderung einer Einstellung zeigen. Benutzt der Kunde eine Datenbrille, hat er beide Hände frei, um das Problem selbst zu lösen. In den allermeisten Fällen lässt sich ein Stillstand auf diese Weise beheben.

Herstellverfahren für Batterien und Brennstoffzellen

(Bild: Schuler)

Viele weitere Lösungen zur Vernetzung der Umformtechnik – die Schuler in seiner Digital Suite gebündelt hat – zeigen, dass die Digitalisierung ein riesiges Potential für Presswerksbetreiber birgt. Dasselbe gilt für die neuen Absatzmärkte durch den Wandel zur Elektromobilität und der rasant steigenden Zahl an E-Autos. Denn unabhängig davon, ob eine Batterie oder eine Brennstoffzelle den Strom für den Motor liefert: Umformtechnik ist in beiden Varianten im Spiel.

Prismatische Zellgehäuse für Batterien bestehen meistens aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Die Methode zu ihrer Herstellung hat sich schon seit vielen Jahrzehnten bewährt: Sie basiert auf jener zur Produktion von Getränke- oder Aerosoldosen. Als Umformverfahren kommt dafür entweder das Tiefziehen oder das Fließpressen zum Einsatz.

Das Fließpressen ist ein einstufiger Prozess auf speziellen Maschinen, die je nach Größe Produktionsgeschwindigkeiten von 60 bis 100 Hüben pro Minute erreichen können. Der Aluminiumbutzen als Ausgangsmaterial wird vollständig verwertet, wohingegen beim Tiefziehen 20 Prozent des Coil-Materials oder mehr als Schrott anfallen. Dafür sind die Investitionskosten für die dafür erforderlichen Transferpressen niedriger, in denen die Gehäuse von einer Umformstufe zur nächsten transportiert werden. Die Ausbringungsleistung liegt für Gehäuse mit einer Länge von 200 Millimetern zwischen 20 und 30 Hüben pro Minute.

Hohe Produktionsgeschwindigkeiten erreichbar

Von der Presse über die Pressenlinie hin zum Presswerk: Schuler bietet Lösungen für alle Größen.
Von der Presse über die Pressenlinie hin zum Presswerk: Schuler bietet Lösungen für alle Größen.
(Bild: Schuler)

Beide Verfahren werden durch das Abstrecken („Wall Ironing“) ergänzt, um die endgültige Geometrie zu erreichen. Dabei wird das Metall durch den Spalt zwischen einem Stempel und einem Ring gepresst. Eine Kombination von Abstrecken und Tiefziehen ist „Drawing and Wall Ironing“ oder kurz DWI: Mit dieser Methode entstehen auch zylindrische Zellgehäuse.

Für zylindrische Zellgehäuse schneidet eine Presse runde Rohlinge aus vernickeltem Stahlblech und formt sie im selben Arbeitsschritt zu Näpfen („Cups“). Dabei sind nicht nur Ausbringungsleistungen von bis zu 2.000 Teilen pro Minute möglich, sondern auch eine Materialausnutzung von 90 Prozent und mehr. Danach werden die Näpfe in einer Transferpresse ein weiteres Mal tiefgezogen, abgestreckt und beschnitten. Dabei fallen in der Minute bis zu 240 Zellgehäuse mit einem Durchmesser von 46 Millimetern auf das Auslaufband.

Und die Brennstoffzelle für den Wasserstoffantrieb? Sie setzt sich aus umgeformten Edelstahlblechen zusammen, die jeweils paarweise zu sogenannten Bipolarplatten verschweißt werden. 300 bis 400 davon bilden wiederum einen „Stack“, also das Herzstück der Brennstoffzelle. Moderne Anlagen produzieren etwa 60 Bipolarplatten pro Minute.

0,1 Millimeter dickes Edelstahlblech für Bipolarplatten

Hinter der Fertigung von Bipolarplatten steckt echtes Know-how.
Hinter der Fertigung von Bipolarplatten steckt echtes Know-how.
(Bild: Schuler)

Für das Prägen und Beschneiden der Bipolarplatten-Hälften aus 0,07 bis 0,1 Millimeter dickem Servo-Edelstahlblech sind Kniehebelpressen mit einer Presskraft von bis zu 2.000 Tonnen nötig. Durch innovative Transfersysteme ist die gleichzeitige Fertigung beider Hälften – Anode und Kathode – in einem Hub möglich. Dabei wird von beiden Seiten der Presse das Material zugeführt und durch die einzelnen Werkzeugstationen zur Pressenmitte transportiert. Zusätzlich lassen sich die Bipolarplatten in der Presse zusammenführen und mittels eines Punktschweißprozesses vorfügen, sodass die Position zueinander fixiert ist. Hydraulische Pressen eignen sich ebenfalls zum Einstieg in die Produktion, erreichen aber nicht dieselben Ausbringungsleistungen. Im nachfolgenden Prozessschritt werden die Bipolarplatten mittels Remote-Laserschweißung präzise gasdicht verschweißt.

Man sieht also, es bleibt spannend in der Umformtechnik. Egal, welche Herausforderungen in Zukunft noch auf Presswerksbetreiber zukommen mögen – eines dürfte schon jetzt feststehen: Die passende Antwort darauf wird nicht lange auf sich warten lassen. n

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