Suchen

Gewindetriebe Servoantrieb ersetzt Hydraulik in Mehrebenenpresse

| Autor / Redakteur: Oliver Epstein / Stefanie Michel

Ein Hersteller von Pulverpressen setzt bei seiner Mehrebenenpresse auf Servo-Direktantriebe mit Kugelgewindetrieben. Im Vergleich zu Hydraulikantrieben lässt sich damit bis zu 80 % Energie einsparen.

Firmen zum Thema

Bei den Pressen bis 640 kN setzt Osterwalder die NSK-Kugelgewindetriebe der HTF-Baureihe ein.
Bei den Pressen bis 640 kN setzt Osterwalder die NSK-Kugelgewindetriebe der HTF-Baureihe ein.
(Bild: NSK Deutschland )
  • Servoantriebe bieten in Pulverpressen Vorteile, beispielsweise eine leichtere Programmierung oder höhere Steifigkeit. Deshalb nutzt sie ein Pressenhersteller bereits im unteren Leistungsbereich bis 640 kN seit einigen Jahren.
  • Jetzt ist erstmals eine servoelektrische Presse verfügbar, die mit einer Presskraft von 2000 kN deutlich über dem bisherigen Leistungsbereich von Geräten dieser Bauart liegt.
  • Möglich macht das der neue Werkstoffs „Tough Force“, mit dem die Kugelgewindetriebe bei gleicher Baugröße eine höhere dynamische Tragfähigkeit und längere Lebensdauer aufweisen.

Zahnräder für Kfz-Getriebe und Werkzeuge für die Metallbearbeitung wie Bohrerspitzen und Wendeschneidplatten: Das sind typische Bauteile, die in großen Stückzahlen mit der Technologie des Pulverpressens gefertigt werden. Eine feine Metallpulverlegierung (Pressmasse) wird in das Werkzeug (Matrize) eingefüllt und unter Druck in Form gebracht. Anschließend wird der „Grünling“ – das Zwischenprodukt – gesintert und erhält dadurch die gewünschten Eigenschaften in Bezug auf Härte, Verschleißfestigkeit und Konturgenauigkeit.

In diesem spezialisierten Bereich des Maschinenbaus hat sich die Osterwalder AG in Lyss in der Schweiz einen sehr guten Ruf erarbeitet. Das mehr als 130 Jahre alte Unternehmen bietet ein breites Programm an Pulverpressen und hat vor fünf Jahren mit den Baureihen CA-SP-Electric und CA-HM-Electric eine ganz neue Antriebstechnik in diesem Anwendungsbereich eingeführt. Die „Direct Drive Technology“ (DDT) mit Servo-Elektromotoren und Kugelgewindetrieben ersetzte zunächst im unteren Leistungsbereich von 160 bis 640 kN die bis dahin dominierenden Hydraulikantriebe.

Bildergalerie

Bildergalerie mit 6 Bildern

Deutlich reduzierter Energieverbrauch

Der Pressvorgang lässt sich nun erheblich feinfühliger einjustieren, da sich die Aufnahme von elektrischen Wegmessgrößen an elektromechanischen Systemen im Vergleich zu hydraulischen Antrieben leichter definieren und auch umsetzen lassen. Zudem bieten Kugelgewindetriebe eine höhere Steifigkeit als Hydraulikzylinder, die aufgrund der Kompressibilität des Hydraulikmediums ein starkes Einfedern aufzeigen. Deshalb sind die von servoelektrischen Pulverpressen gefertigten Werkstücke homogener und ihre Materialeigenschaften zudem besser einstellbar. Sowohl Osterwalder als auch die Anwender der Pulverpressen profitieren nicht nur von einem verbesserten Regelverhalten im Fertigungsprozess, sondern auch von einem deutlich reduzierten Energieverbrauch.

In den servoelektrischen Direktantrieben der Serien CA-SP-Electric und CA-HM-Electric verwendet Osterwalder schon seit mehreren Jahren die NSK-Kugelgewindetriebe der Serie HTF. Sie erlauben sehr hohe Verfahrgeschwindigkeiten, kombiniert mit hoher Präzision und Steifigkeit. Zugleich lassen sich mit ihnen extrem hohe Axialkräfte übertragen, und der Verschleiß ist selbst unter hohen Belastungen und sehr kurzen Taktzeiten, die beim Pulverpressen typischerweise nur drei Sekunden betragen, minimal.

Höhere dynamische Tragfähigkeit durch neuen Werkstoff

Da ist es aus Sicht von Osterwalder nur logisch, den nächsten Schritt zu gehen und auch größere Pressen mit dieser Antriebstechnik auszurüsten. Die HTF-Serie von NSK und vergleichbare Kugelgewindetriebe stoßen hier jedoch an Grenzen bei der nominalen Lebensdauer. Inzwischen hat NSK aber mit der S-HTF-Serie eine Weiterentwicklung vorgestellt, die bei gleicher Baugröße eine höhere dynamische Tragfähigkeit und damit auch eine deutlich längere Lebensdauer erreicht.

Möglich wird das durch die Verwendung des von NSK entwickelten Werkstoffs „Tough Force“, der ursprünglich für hochbelastete Zylinderrollenlager konzipiert wurde und unter anderem einer besonderen Wärmebehandlung unterzogen wird. Das Ergebnis: Bei diesem Werkstoff wird ein optimiertes Verhältnis von Härte und Zähigkeit erreicht. Das führt dazu, dass harte Verunreinigungen in der Laufbahn nicht zu Eindrücken und Aufwerfungen führen, sondern bei wiederholtem Überrollen wieder geglättet werden. So kann das Risiko dieser Ausfallerscheinung nahezu ausgeschlossen werden.

Versuchsreihen auf einem Dauerprüfstand im NSK-Labor zeigten, dass die TF-Technologie bei den Kugelgewindetrieben der Serie S-HTF zu einer verdreifachten Lebensdauer und einer um 30 % gesteigerten dynamischen Tragfähigkeit führt. Der Vergleich bezieht sich auf die HTF-Serie, die im Marktvergleich schon sehr gute Werte aufweist.

Erste elektrische Mehrebenen-Presse mit 2000 kN Presskraft

Für Osterwalder bot diese Neuentwicklung die Voraussetzung dafür, die „Direct Drive Technology“ – den servoelektrischen Direktantrieb – auch in Pressen mit höherer Leistung einzusetzen. Umgesetzt wird das aktuell mit einer Weltpremiere: Die OPP 2000 ist die erste Mehrebenenpresse mit 2000 kN Presskraft und elektrischem statt hydraulischem Antrieb. „Damit können wir die hervorragende dynamische Bewegungskontrolle, die ein servoelektrischer Antrieb bietet, auch in diesem höheren Leistungsbereich realisieren und erfüllen die Anforderungen unserer Kunden nach der Fertigung komplexerer Geometrien mit sehr hoher Genauigkeit“, sagt Michael Sollberger, Produktverantwortlicher und Teamleiter Konstruktion bei Osterwalder. „Wir können hier bis auf 1 µm genau positionieren und vorgegebene Bewegungsprofile fahren. Das verbessert die Produktqualität deutlich und minimiert aus Anwendersicht den Nachbearbeitungsaufwand.“

Die neue Mehrstufenpresse eignet sich für die wirtschaftliche Fertigung einer sehr breiten Produktpalette, zu der unter anderem Motorenteile, Komponenten für Elektro- und Küchenwerkzeuge sowie Hartmetallstäbe gehören. Neben den bereits genannten Vorteilen profitiert der Anwender auch von deutlich verringertem Wartungsaufwand und einer sehr kompakten Aufstellfläche. Und auch bei den größeren Pressen beträgt der Energieverbrauch – im Vergleich zu Hydraulikpressen – je nach Pressteil nur noch rund 20 %. Das ist für die Betreiber ein zugkräftiges Argument, weil der typische Kunde von Osterwalder bis zu fünfzig Pulverpressen betreibt.

Antrieb für Innovationen in der Fertigungstechnologie

Das Beispiel zeigt, dass Innovationen in der Antriebstechnik zu Entwicklungssprüngen in der Fertigungstechnologie – in diesem Fall in der Pulvermetallurgie – führen. Dass die Innovation wiederum aus der Werkstofftechnologie kommt, schließt den Kreis. Wie bereits erwähnt, wurde der Werkstoff „Tough Force“ ursprünglich für Wälzlager entwickelt.

Die für die axiale Lagerung der S-HTF-Kugelgewindetriebe nötigen Wälzlager bezieht Osterwalder ebenfalls von NSK. Hier kommen die Axial-Schrägkugellager der Serie TAC zum Einsatz, die eigens für diese Anwendung entwickelt wurden und gerade in Präzisionsmaschinen häufig als komplette Systemeinheit für die axiale Lagerung und lineare Bewegung verbaut sind.

* Oliver Epstein ist Key Account Manager Seiki MU bei der NSK Deutschland GmbH in 40880 Ratingen, Tel. (0 21 02) 4 81-0, info-de@nsk.com

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Kontaktieren Sie uns über: support.vogel.de (ID: 45896561)