Innovative hydraulische Pressenkonzepte für fortschrittliche Umformanwendungen

Servogesteuerte hydraulische Pressen: Präzision, Effizienz und Individualisierung

Wie geschlossene Servosysteme eine unübertroffene Druck- und Bewegungssteuerung ermöglichen

Heutige servogesteuerte hydraulische Pressen setzen auf geschlossene Regelkreise, die bei Umformarbeiten eine erstaunliche Genauigkeit von etwa 0,001 mm erreichen können. Diese Maschinen erhalten Echtzeitdaten von ihren Druck- und Positionssensoren, wodurch sie Drehzahlen der Servomotoren und Pumpenleistungen dynamisch anpassen können. Dadurch entfallen die lästigen Druckspitzen, die bei älteren hydraulischen Systemen üblich waren. Die in diese Pressen integrierten adaptiven Bewegungsprofile reduzieren den Energieverbrauch um 18 bis 22 Prozent. Beeindruckend, wenn man bedenkt, dass sie trotzdem eine Kraftgenauigkeit von etwa einem halben Prozent auch bei komplexen Umformprozessen beibehalten. Eine aktuelle Studie zur Leistung dieser Servopressen bestätigt diese Angaben sehr gut.

Energieeffizienz und Leistungssteigerungen bei automobilen Stanzanwendungen

Servohydraulische Pressen in automobilen Umformwerken leisten große Fortschritte bei der Reduzierung des Energieverbrauchs, und zwar um etwa 30 bis möglicherweise sogar 40 Prozent, wenn variable Förderpumpen eingesetzt werden. Eine aktuelle Branchenstudie aus dem vergangenen Jahr, die wichtige Zulieferer in Nordamerika untersuchte, ergab, dass Hersteller von Motorhauben ihre Produktionszyklen im Vergleich zu herkömmlichen Methoden um etwa ein Viertel beschleunigen konnten. Diese Verbesserung resultiert daraus, dass die Pumpen während Stillstandszeiten nicht mehr unnötig laufen. Besonders interessant ist jedoch, wie präzise diese geschlossenen Regelkreissysteme arbeiten und dadurch auch Materialverschwendung reduzieren. Das Ergebnis: Die Teile werden bereits direkt an der Presse deutlich näher an ihrer Endform gebracht, was die Verarbeitung hochfester Stähle insgesamt wesentlich effizienter macht.

Fallstudie: Optimierung von Tonnage und Hub bei der hochpräzisen Servopressumformung

Ein europäischer Hersteller hat die Tiefziehfehler um 67 % reduziert, nachdem eine 2.500-Tonnen-Hydraulikpresse mit einem Servosystem nachgerüstet wurde. Durch die Programmierung mehrstufiger Kraftkurven und variabler Haltezeiten konnte die Presse eine gleichmäßige Wanddicke bei Aluminium-Batteriegehäusen sicherstellen und über 10.000 Zyklen hinweg eine Dimensionsabweichung von <0,3 mm erreichen.

Anpassungsstrategien für Geschwindigkeit, Kraft und Prozessflexibilität

Zu den wichtigsten Anpassungsparametern gehören:

• Geschwindigkeitsmodulation : Hubgeschwindigkeit von 1–300 mm/s einstellbar für Materialien von Titan bis hin zu Polymer-Verbundstoffen
• Kraftprofilierung : Erstellung nichtlinearer Druckkurven für inkrementelle Umformung und Beulartige Operationen
• Werkzeugintegration : Programmierbare SPS-Schnittstellen für schnellen Werkzeugwechsel und IoT-fähige Prozessverfolgung

Zukunftstrends: Der Schritt hin zur vollständigen elektrisch-servo-gestützten Integration in Hydraulikpressen

Führende Hersteller entwickeln hybride elektrisch-servo-hydraulische Pressen, die bürstenlose Motoren mit kompakten Hydraulikzylindern kombinieren. Diese Architektur reduziert den Ölverbrauch um 55–60 % und ermöglicht Reaktionszeiten von unter 10 ms für Mikroumformanwendungen mit Toleranzen unter 0,1 mm.

Hybrid-elektrisch-hydraulische Pressen: Leistung, Effizienz und Nachrüstbarkeit im Gleichgewicht

Die heutige Fertigungswelt benötigt Ausrüstungen, die rohe Kraft mit intelligenter Energieverwaltung kombinieren. Hybride elektrohydraulische Pressen sind hierfür ein gutes Beispiel. Diese Maschinen finden eine gute Balance zwischen der Präzision von Servomotoren und der bewährten Leistung hydraulischer Systeme. Laut Fabricating & Metalworking aus dem Jahr 2023 können sie den Energieverbrauch im Vergleich zu früheren Modellen um etwa 70 % senken. Was diese Systeme besonders macht? Sie integrieren frequenzgeregelte Antriebe zusammen mit regenerativen Schaltungen, die tatsächlich Energie zurückgewinnen, wenn sich die Prozesse verlangsamen. Diese Funktion eignet sich besonders gut für Arbeitsgänge mit vielen Start- und Stoppvorgängen, wie beispielsweise beim Stanzen und Umformen. Viele ältere Pressen können heute nachgerüstet werden, um diese fortschrittlichen hybriden Umformverfahren zu unterstützen. Verfahren wie das Aufweiten oder das inkrementelle Umformen an einem einzelnen Punkt (SPIF) sind nun auch an bestehenden Maschinen möglich. Bei der Bearbeitung von Aluminiumteilen und Bauteilen aus hochfestem Stahl reduzieren diese Methoden das Ausdünnen der Bleche um 15 % bis 22 %. Zudem berichten Hersteller von Einsparungen bei ihren Energiekosten in Höhe von 30 % bis möglicherweise 50 % bei mittleren Produktionsmengen.

Intelligente hydraulische Pressen: Integration von Datenintelligenz und prädiktiver Steuerung

Integration von PLC, Touchscreen und Sensoren für die Echtzeit-Prozessüberwachung

Moderne hydraulische Pressen sind heute mit programmierbaren Steuerungen (PLCs), Touchscreen-Displays und internetverbundenen Sensoren ausgestattet, die Parameter wie Druckniveaus, Temperaturänderungen und die Dauer jedes Presszyklus überwachen. Diese PLC-Systeme übernehmen sämtliche automatischen Druckanpassungen und Bewegungsabläufe, wodurch lästige manuelle Kalibrierfehler bei komplexen Formgebungsarbeiten entfallen. Die Pressen verfügen außerdem über mehrachsige Messdosen sowie Infrarotkameras, die detaillierte Informationen über die Vorgänge im Inneren erfassen. Alle diese Daten werden auf den Bedienerbildschirmen angezeigt, sodass die Ablaufzeiten optimiert werden können, ohne die Qualität zu beeinträchtigen. Die meisten Maschinen können äußerst enge Toleranzen einhalten und schwanken oft nur um maximal 0,1 Millimeter, selbst bei Hochleistungsproduktionsläufen.

Vorbeugende Wartung und Datenanalyse zur Maximierung von Verfügbarkeit und Ausbeute

Die Algorithmen für vorausschauende Wartung funktionieren, indem sie vergangene Leistungsdaten analysieren, um vorherzusagen, wann Komponenten anfangen könnten, sich abzunutzen, sodass Unternehmen Dichtungen und Ventile austauschen können, bevor diese tatsächlich ausfallen. Ein kürzlich veröffentlichter Bericht aus dem Jahr 2024 zeigte, dass Fabriken, die diese KI-Systeme einsetzen, etwa 37 Prozent weniger unerwartete Stillstände in ihren hochproduktiven Bereichen verzeichneten. Für Personen, die mit Begriffen aus der Fertigungsindustrie nicht vertraut sind, bedeutet dies, dass Maschinen länger ohne plötzliche Unterbrechungen weiterlaufen. Eine weitere wichtige Funktion ist der Teil zur Schwingungsanalyse dieser Systeme. Sie erkennen Probleme bei der Rahmengleichrichtung während Tiefziehprozesse, was Kosten spart, da teure Beschädigungen von Werkzeugen vermieden werden, die andernfalls ersetzt werden müssten.

Fallstudie: Verringerung von Ausfallzeiten bei Tiefziehlinien durch intelligente Überwachungssysteme

Ein großer Hersteller von Automobilkomponenten verzeichnete nach der Einführung einer Echtzeit-Dehnungsüberwachung zusammen mit intelligenten Schmierwarnungen einen Rückgang der Stillstandszeiten bei seinen Tiefziehprozessen um 32 %. Das System erkannte inkonsistente Materialbewegungen beim Formen von Motorhauben und löste daraufhin automatisch Anpassungen der Stößelgeschwindigkeiten aus. Dadurch konnten lästige Falten und Risse, die zuvor die Qualitätskontrolle beeinträchtigten, deutlich reduziert werden. Durch die Kombination fortschrittlicher Datenanalyseverfahren mit maschinellen Lernalgorithmen steigerte das Werk seine jährliche Produktionsmenge um rund 8.500 zusätzliche Einheiten. Gleichzeitig gelang es, den Energieverbrauch pro hergestelltem Bauteil um nahezu 18 % zu senken – eine Maßnahme, die sowohl aus ökologischer als auch aus finanzieller Sicht für Betriebsleiter sinnvoll ist, die die Effizienz optimieren möchten, ohne dabei die Produktqualität einzuschränken.

Möglichmachung fortgeschrittener Materialumformung durch Innovationen bei hydraulischen Pressen

Umformen schwer verarbeitbarer Materialien mit adaptiver hydraulischer Druckregelung

Moderne hydraulische Pressen, die mit adaptiven Druckregelungen ausgestattet sind, können widerstandsfähige Legierungen wie Titan und nickelbasierte Superlegierungen mit etwa 15 bis 20 Prozent weniger Fehlerstellen verformen als ältere statische Systeme. Diese Pressen funktionieren anders, da sie geschlossene Rückkopplungssysteme besitzen, die ständig anpassen, wie viel Kraft aufgebracht wird. Diese Echtzeit-Regelung hilft dabei, Risse in Materialien zu verhindern, die leicht brechen neigen. Das System hält die Spannungslevel konstant im richtigen Bereich, indem es kontinuierlich Ventile verändert und sogenannte proportionale Entlastungsschaltungen verwendet, um Druckschwankungen während des Formgebungsprozesses zu steuern.

Minimierung der Blechdickenabnahme bei inkrementellen Umformverfahren

Neuere Fortschritte bei hydraulischen Pressen haben es ermöglicht, die Dickenabnahme von Blech bei inkrementellen Umformverfahren um etwa 30 bis 40 Prozent zu reduzieren, dank der ausgeklügelten Mehrachsen-Werkzeugbahnsteuerung. Bei der Aufrechterhaltung der Materialintegrität passen diese Maschinen den Druck synchron an verschiedenen Punkten an, was besonders bei Anwendungen wie Karosserien und Flugzeugaußenhaut zur Sicherstellung der strukturellen Qualität hilft, wo Festigkeit am wichtigsten ist. Bereits 2009 veröffentlichten einige Forscher in den CIRP Annals Erkenntnisse darüber, wie die Kombination von Hydraulik mit elektromechanischen Systemen auch bei Aluminiumteilen Wände mit gleichmäßiger Dicke erzeugen kann, wobei die Schwankungen unterhalb eines halben Millimeters liegen, wenn die Dicke während der gesamten Produktion kontinuierlich überwacht wird.

Fallstudie: Hochtemperatur-hydraulische Pressen für das Warmumformen von Luftfahrtlegierungen

Ein großer Hersteller von Aerospace-Komponenten hat seine Rippen-Umformzyklen halbiert, nachdem er hydraulische Pressen einsetzte, die Temperaturen von etwa 850 Grad Celsius bewältigen können. Diese Maschinen verfügen über spezielle keramikverkleidete Zylinder sowie intelligente Kühlsysteme, die während der Titan-Heißumformung die Temperatur innerhalb eines engen Bereichs von fünf Grad halten. Besonders hervorzuheben ist, dass dieser neue Ansatz den Bedarf an Nachbearbeitung durch zusätzliche Bearbeitungsschritte um etwa zwei Drittel reduzierte. Die Bauteile erfüllen weiterhin alle geforderten AS9100-Normen, wie eine Studie aus dem Jahr 2021 zum thermischen Umformprozess bestätigte.

Nachhaltige Hydraulikpresse-Technologie: Energieeinsparungen und Lebenszykluskostenanalyse

Energieeffiziente Konstruktionskennzahlen: Frequenzumrichter, regenerative Schaltungen und grüne Fertigung

Heute können hydraulische Pressen dank frequenzvariabler Antriebe und regenerativer Schaltungen zwischen 20 und 35 Prozent bei den Energiekosten einsparen. Die VFD-Technologie funktioniert, indem sie die Motordrehzahlen an den jeweils aktuellen Bedarf anpasst, wodurch unnötiger Stromverbrauch reduziert wird, wenn Maschinen nicht stark beansprucht sind. Einige Tests zeigen, dass allein dadurch der Leistungsbedarf im Leerlauf um nahezu die Hälfte gesenkt werden kann. Hinzu kommen regenerative Schaltungen, die die kinetische Energie auffangen, die entsteht, wenn sich bewegte Teile verlangsamen. Eine kürzlich von MDPI veröffentlichte Studie ergab, dass dieses Verfahren speziell bei Umformprozessen den gesamten Energieverbrauch um etwa 28 % senkt. Clevere Unternehmen gehen noch einen Schritt weiter, indem sie diese Effizienzgewinne mit umweltfreundlichen Hydraulikölen und Rahmenkonstruktionen kombinieren, die spätere Aufrüstungen erleichtern. Diese Kombination ist betriebswirtschaftlich sinnvoll und hilft gleichzeitig, die zunehmenden Umweltstandards in der verarbeitenden Industrie zu erfüllen.

Abwägung zwischen anfänglichen Investitionskosten und langfristigen Einsparungen bei modernen Hydraulikpresse-Upgrade

Fortgeschrittene Upgrades von hydraulischen Pressen verursachen 15–30 % höhere Anfangskosten, aber Lebenszyklusanalysen zeigen eine Amortisation innerhalb von 2–4 Jahren aufgrund von:

• 18–25 % niedrigere Energiekosten
• 60 % geringerer Wartungsbedarf dank prädiktiver Systeme
• 22 % schnellere Taktzeiten durch präzise Steuerung

Eine 10.000-kN-Presse, nachgerüstet mit hybriden elektro-hydraulischen Komponenten, erreichte die Amortisation innerhalb von drei Jahren und reduzierte jährlich die CO2-Emissionen um 42 Tonnen.

Die Rolle nachhaltiger Pressenkonstruktion in B2B-industriellen Lieferketten

Da Automobil- und Luftfahrt-OEMs die Reduzierung von Scope-3-Emissionen priorisieren, verlangen jetzt 78 % der Zulieferer zertifizierte hydraulische Ausrüstungen nach ISO 50001. Nachhaltige Pressenkonstruktionen unterstützen Ziele der Kreislaufwirtschaft durch:

• Materialeffizienzsteigerungen (≥0,2 mm Blechdickenreduzierung gegenüber 0,5 mm bei älteren Pressen)
• 95 % Recyclingfähigkeit von Stahlkomponenten
• Einhaltung neu entstehender Kohlenstoffzölle

Diese Entwicklung hat bis 2023 einen Markt von 2,1 Milliarden US-Dollar für energieeffiziente Umformtechnologien hervorgerufen, angetrieben durch branchenübergreifende Dekarbonisierungsinitiativen.

FAQ

Was ist eine servogesteuerte hydraulische Presse?

Eine servogesteuerte hydraulische Presse verwendet ein geschlossenes Servosystem zur präzisen Steuerung von Druck und Bewegung, wodurch die Effizienz und Anpassungsfähigkeit bei Umformprozessen verbessert wird.

Wie sorgen hybride elektro-hydraulische Pressen für Effizienz?

Diese Pressen kombinieren Servomotoren mit Hydrauliksystemen, um Leistung und Präzision auszugleichen, was zu erheblichen Energieeinsparungen und verbesserten Umformfähigkeiten führt.

Welche Rolle spielt Datenintelligenz in intelligenten hydraulischen Pressen?

Datenintelligenz ermöglicht die Echtzeitüberwachung und vorausschauende Wartung, reduziert Ausfallzeiten und optimiert den Betrieb hydraulischer Pressen.

Welche Vorteile bieten energieeffiziente hydraulische Konstruktionen für Hersteller?

Sie bieten 20–35 % Energieeinsparung und entsprechen Umweltstandards, reduzieren letztlich die Lebenszykluskosten und erhöhen die Kapitalrendite.