Pressenantriebe für die Ventil-Produktion mit höchster Genauigkeit

Tox Pressotechnik und dem Automatisierungsanbieter Manders gelingt es, die Anlagen innerhalb von sechs Monaten einsatzbereit zu machen.

Seit Kurzem gelten in der Europäischen Union mit der Euro-VI-Norm deutlich strengere Abgasvorschriften für Lastkraftwagen. Ziel ist es, den Güterverkehr auf europäischen Straßen emissionsärmer und umweltverträglicher zu machen. Lkw-Hersteller müssen dafür ihre Motoren entsprechend anpassen, um den Schadstoffausstoß zu reduzieren. Eine wichtige Rolle spielt dabei die Abgasrückführung (AGR): Bei diesem Verfahren wird ein Teil des Abgases der Ansaugluft wieder zugemischt. Dies senkt den Sauerstoffanteil im Kraftstoff-Luft-Gemisch sowie die Verbrennungstemperatur in den Zylindern. Das Ergebnis sind weniger Stickoxid-Emissionen (NOx-Emissionen) im Abgas.

Ein zentrales Bauteil der Abgasrückführung ist das sogenannte AGR-Ventil. Es ist in ein Bypass-Gehäuse integriert, in dem eine angetriebene Klappe das Gas zurück in die Verbrennungskammer leitet. Ein separates Rückschlagventil verhindert, dass Luft aus dem Motor durch das AGR-Ventil in den Bypass zurückströmt. Das Berliner Unternehmen Pierburg, ein Tochterunternehmen des Automobilzulieferers Rheinmetall Automotive, produziert diese beiden Ventiltypen für einen namhaften LKW-Hersteller auf einer kombinierten Fertigungslinie. Kurze Umrüstzeiten sind dabei von großer Bedeutung, damit der Hersteller flexibel auf den jeweiligen Bedarf reagieren kann. Ein fließender, halbautomatischer Umrüstprozess sorgt dafür, dass dieser Umrüstvorgang nicht mehr als neun Minuten in Anspruch nimmt.

Verantwortlich für die Entwicklung dieser Fertigungslinie war das niederländische Familienunternehmen Manders Automation. Die AGR- und Rückschlagventile werden aus vorgefertigten Unterbaugruppen hergestellt. Die kurzen Umrüstzeiten waren dabei nicht die einzige Herausforderung, erinnert sich Rudy Ehren, Technischer Projektmanager bei Manders: „Um diese zu erreichen, haben wir die Linie mit fest zugeordneten Bearbeitungsstationen und Robotern mit automatisierten Greiferwechselsystemen ausgestattet.“

Weitaus komplizierter gestaltete sich die Einhaltung der geforderten Genauigkeit, mit der unter anderem die Lagerbuchsen in das Ventilgehäuse gepresst werden müssen. „Die Maschinen mussten nicht nur äußerst präzise arbeiten und sämtliche Prozessdaten erfassen und speichern, sondern auch Verformungen der Ventilgehäuse und des Pressenrahmens von vornherein ausschließen.“ Manders Automation suchte daher Unterstützung bei Tox Pressotechnik: Das ebenfalls familiengeführte Unternehmen mit Sitz im baden-württembergischen Weingarten ist auf Pressenantriebe für unterschiedliche industrielle Anwendungen spezialisiert. Eingesetzt werden in der neuen Fertigungslinie die Produkte „Electricdrive“ und „Kraftpaket“: Insgesamt drei der elektrischen Servoantriebe und ein pneumohydraulischer Antrieb sind in die Anlage integriert.

Die Lagerbuchsen der AGR-Ventile müssen mit einer maximalen Toleranz von 0,05 Millimetern in ihre Endposition eingepresst werden. Dies war jedoch nicht ohne weiteres möglich: „Der Ventilkörper und der Pressenrahmen verformen sich aufgrund der Einpresskräfte minimal. Das galt es zu verhindern“, beschreibt Rudy Ehren. Ein Spanndorn kam als Lösung nicht in Frage, da sich dieser entfernen lassen müsste, ohne die Lagerbuchsen zu beschädigen. „Das war in diesem Fall unmöglich, da wir mit einer Kraft von zehn Kilonewton pressen“, kommentiert der Projektmanager. Eine geteilte Schablone wäre eine Option gewesen, um den Dorn ohne Kraft herauszuziehen, sei aber auch sehr komplex umzusetzen. „Stattdessen haben wir ein externes Messgerät zwischen den beiden Buchsen angebracht, welches deren Position während der Pressung aufzeichnet. Dadurch können wir jede Verformung exakt messen und über die Software entsprechend gegensteuern.“

Die externe Messung ermöglicht es, jegliche Verformung des Ventilkörpers oder des Rahmens auszuschließen und die Bauteile genau zu positionieren. Um zu berechnen, wie weit die Presse drücken soll, sendet das Messgerät seine Daten an das Steuerungssystem. Da sich das Material der Ventilkörper während des Pressvorgangs auch verbiegt, ist dieses System besonders wichtig. „Wir müssen die Geschwindigkeit und die Kraft genau überwachen“, betont Ehren. „Dabei verlassen wir uns voll und ganz auf die Steuerung von Tox Pressotechnik.“

Die hohe Präzision, mit der sich die servoelektrischen Antriebe ansteuern und regeln lassen, war ein wichtiger Grund dafür, dass sich Manders für den Lieferanten aus Süddeutschland entschied. Hinzu kam, dass alle relevanten Daten des Pressvorgangs automatisch aufgezeichnet werden – ideal für eine rückverfolgbare Fertigung.

Bei der Produktion der AGR-Ventile wird eine spezielle Lagerbuchse induktiv aufgeheizt. Eine Tox-Presse bringt daraufhin mit kontrollierbarer Geschwindigkeit einen Ventilschaft in die richtige Position. Dieser wird anschließend erneut gepresst, wobei die Position des Schaftes sowie die Presskraft gemessen werden. Am Ende der Linie befindet sich eine Kontrollstation, die jedes Ventil auf seine Dichtheit hin überprüft und ein Label anbringt, mit dem sich jedes einzelne Bauteil rückverfolgen lässt.

„Die Servoantriebe von Tox Pressotechnik sind eine echte Plug-and-play-Lösung, mit der wir direkt loslegen konnten“, lobt Ehren. „Auch in punkto Sicherheit haben uns die Komponenten rundum überzeugt.“

Ein weiterer Pluspunkt für den Anwender war die enge und unkomplizierte Zusammenarbeit. „Sogar in den Ferienzeiten haben wir auf unsere Fragen immer schnell eine Antwort bekommen.“ Für den Automationsspezialisten ist diese Flexibilität ein entscheidendes Kriterium – vor allem, wenn es darum geht, komplette Produktionslinien unter großem Zeitdruck zu realisieren. „Gerade in der Automotive-Industrie zahlt sich Schnelligkeit aus“, resümiert Ehren. „Ich bin mir deshalb sicher, dass das nicht unser letztes gemeinsames Projekt gewesen ist.“