Blechbiegen 4.0

Zusammenspiel zweier Komponenten

Bis aus einem einfachen Blech ein fertiges Produkt entsteht, gibt es unterschiedlichste Einflüsse zu beachten. „Beim Blechbiegen kommen zwei entscheidende Faktoren zusammen“, weiß Wolfgang Kunze, Chief Technical Officer (CTO) bei Salvagnini: „Sowohl das Material als auch die Maschine selbst sind ausschlaggebend für das Biegeergebnis.“ In erster Linie geht es dabei um die speziellen Materialeigenschaften eines jeden Blechs: „Jeder Werkstoff – sei es Aluminium, Stahl oder Edelstahl – weist ein anderes Verhalten und unterschiedliche Zug- und Biegefestigkeiten auf“, erklärt Kunze. Abhängig vom Metall, der Charge und der Stärke des Werkstücks ist deshalb auch dessen Rückfederung mit einzukalkulieren, da das Biegeergebnis andernfalls stark variieren kann. „Das bedeutet, dass sich das umgeformte Blechstück nach dem Biegen immer leicht zurückverformt, sobald keine Kräfte mehr darauf einwirken“, fügt er hinzu.

Bei konventionellen Biegeautomaten sind zudem häufig manuelle Korrekturen vorzunehmen, um eine gleichbleibend hohe Qualität zu gewährleisten. „Ein solcher Mehraufwand kostet die Unternehmen wertvolle Produktionszeit und Ressourcen“, wirft Kunze ein.

Auch Manfred Reiter, Head of Sales der Linz Center of Mechatronics (LCM) GmbH bestätigt: „Ungeplante Anlagenstillstände aufgrund von Neuparametrierungen können richtig ins Geld gehen.“ Die Entwicklerschmiede aus Linz arbeitet häufig mit Unternehmen wie Salvagnini zusammen, bei denen ähnliche Probleme in der Fertigung auftreten.

Hinzu kommt, dass viele der metallverarbeitenden Unternehmen nicht nur Großserien, sondern auch Kleingrößen fertigen und ihre Produktion von überall auf der Welt aus steuern möchten. „Genau das stellt uns als Maschinenbauer tagtäglich vor neue Herausforderungen“, räumt Kunze ein und fügt an: „Deshalb arbeiten wir unentwegt an innovativen Lösungen für unsere Kunden und holen uns Partnerunternehmen wie LCM für Entwicklungen im Bereich der Mechatronik zur Seite.“

Wenn Visionen wahr werden

Um den Anforderungen an die moderne Blechverarbeitung gerecht zu werden, hat Salvagnini gemeinsam mit LCM eine Lösung entwickelt, die nicht nur das Blechbiegen revolutioniert. Entstanden ist eine völlig neue Technologie, mit der eine gemeinsame Vision zur Realität wird: die Echtzeitmaterialerkennung MAC 2.0, kurz für Material Attitude Correction. 

Ein digitaler Zwilling macht’s möglich

Doch was genau verbirgt sich hinter der neuen Technologie? „Per Finite-Elemente-Methode (FEM) haben wir sowohl die Maschine selbst als auch unterschiedlichste Blecheigenschaften simuliert, einschließlich der Umformkraft, die während des Biegevorgangs auf das Material wirkt“, erläutert Reiter und konkretisiert: „Auf diese Weise haben wir einen digitalen Zwilling von Material und Maschine erschaffen, der den gesamten Biegeprozess virtuell abbildet.“ All diese Informationen haben die Entwickler bei LCM schließlich genutzt, um mittels Modellreduktion effiziente Simulationsmodelle zu generieren, die in die MAC-2.0-Software eingebunden wurden. „Mit MAC 2.0 übertragen wir hochkomplexe, echtzeitfähige Simulationsmodelle in eine Software, die den gesamten Biegeprozess vollautomatisch steuert“, erklärt Reiter stolz. Damit ausgestattet ist die Maschine in der Lage, den Biegevorgang anhand der Materialeigenschaften in Echtzeit zu simulieren, mit den Finite-Elemente-Ergebnissen abzugleichen und etwaige Schwankungen zu kompensieren. So verlässt schließlich ein perfekt gebogenes Blech die Maschine – ganz ohne Materialausschuss.

All diese Schritte werden voll automatisiert durchgeführt. Durch den Einsatz unterschiedlicher Sensoren von Pepperl+Fuchs, wie etwa zur Positionierung oder Erfassung der Dicke der Bleche, können alle wichtigen Parameter jedes einzelnen Biegevorgangs exakt erfasst werden.

Um die Umformkräfte zu ermitteln, biegt die Maschine anfangs minimal langsamer als üblich. Auf Basis der ermittelten Werte werden die Parameter aller Aktuatoren in der Maschine automatisch nachjustiert. Sobald die Eigenschaften von Material und Maschine ermittelt sind, findet die Biegung im ganz normalen Tempo statt. Und das Ergebnis kann sich sehen lassen: Biegungen erfolgen mit einer Genauigkeit von ±0,9° – unabhängig von der Stückzahl, Dicke oder Qualität des Blechs. „Dies entspricht gerade einmal der Hälfte der markttypischen Abweichung“, betont Reiter. „Einzig die Art und Dicke des Blechs sind vorab zu definieren und es müssen bei der Messbiegung mindestens 40 Grad gebogen werden – für alle weiteren Kantungen werden die korrigierten Werkzeugbahnen ermittelt und der Salvagnini-Steuerung zur Verfügung gestellt.“, so Reiter.

Dabei profitieren Unternehmen in vielerlei Hinsicht vom digitalen Abbild ihrer Anlage: Die Software erkennt Verschleiß frühzeitig und gibt Anwendern jederzeit einen genauen Überblick über den Status der Maschine: Unvorhergesehene Parametrierungen und Nacharbeiten gehören so der Vergangenheit an, ganz im Sinne der Predictive Maintenance. „Mit der Entwicklung des digitalen Zwillings können Kunden von nun an ausschussfrei produzieren, ganz gleich, ob bei Stückzahl 1 oder bei Serienfertigungen“, resümiert Reiter und ergänzt: „Damit lassen sich die Probleme vieler Anwendungsbereiche lösen.“

Digitale, vernetzte und flexible Fabrik

Aufbauend auf dem gemeinsamen Know-how, gehen LCM und Neoception sogar noch einen Schritt weiter in Richtung Vernetzung und weltweite Produktion. Das Start-up von Pepperl+Fuchs ist Experte in Sachen Cloud-Connectivity sowie Internet of Things und hat eine Schnittstelle entwickelt, die schon heute die Kommunikation zwischen Maschine und digitalem Zwilling herstellen kann: „Um einen permanenten, systemübergreifenden Datenaustausch zu gewährleisten, haben wir gemeinsam mit Neoception eine Cloud-Lösung entwickelt, die Auftrags- und Prozessdaten zuverlässig und sicher überträgt“, berichtet Benedikt Rauscher, Leiter Globale IoT-Projekte bei Pepperl+Fuchs.

Beginnend mit der Auftragserfassung bis hin zum sicheren Datenaustausch zwischen der Maschine und ihrem digitalen Pendant stellt Neoception die durchgängige, echtzeitfähige Kommunikation aller beteiligten Systeme her. So lassen sich Sensordaten aus der Maschine konstant über die NeoNeon-Cloud an das virtuelle Abbild der Produktion übertragen, woraufhin die optimierten Prozessdaten des digitalen Zwillings wieder sicher zurück zur Maschine übermittelt werden können. „Diese Möglichkeit eröffnet dem Kunden eine vernetzte, standortunabhängige und flexible Produktion“, so Rauscher.

Engineering-Know-how aus vier Welten

Das Zusammenspiel aus vernetzter Produktion und digitalem Zwilling, der eine ausschussfreie Produktion ermöglicht, macht Industrie 4.0 wirklich erlebbar. „Unsere Kunden erhalten eine gläserne, intelligente und lernfähige Maschine“, stellt Kunze zufrieden fest. „Dabei ist der Einsatz des digitalen Zwillings beim Blechbiegen nur eine mögliche Applikation“, ergänzt Reiter. „Jede Branche hat ihre ganz eigene Problematik und unsere Technologie lässt sich auf die unterschiedlichsten Anwendungen übertragen“, fügt er hinzu.

„Mit der Bündelung unserer Kompetenzen bieten wir unseren Kunden einen echten Mehrwert und schaffen Transparenz auf allen Ebenen“, sind sich Kunze, Reiter und Rauscher einig.