Das mittelständische, werksunabhängige Stahl-Service-Center HFS versorgt als „A-Lieferant“ europaweit führende Unternehmen unter anderem der Automobil-, Elektro- und Bauindustrie, der Lager- und Betriebstechnik und des Maschinenbaus mit maßgenau zugeschnittenen Feinblechen in unterschiedlichsten Qualitäten und Formaten. Soweit für den weiteren Prozess sinnvoll, auch in verschnittminimierender Dreieck-, Rauten- oder Trapezform. „Bleche in kleinen bis mittleren Losgrößen in fast jeder gewünschten Stahlgüte maßgenau und planeben just-in-time bereitzustellen ist unsere Stärke“, sagt HFS-Geschäftsführer Technik, Andreas Ducke. „Für diese Vielfalt und Flexibilität sind wir bei unseren Kunden bekannt. Um diesen Ruf nachhaltig zu festigen, investieren wir regelmäßig in unseren Maschinenpark.“ So zuletzt 2007, als man sich vornahm, künftig auch hoch- und höherfeste Blechqualitäten verarbeiten zu können, wie sie vor allem die Automobilindustrie mehr und mehr fordert. Ziel war es, die Produktion dafür technisch auf einen zukunftsfähigen, prozesssicheren Stand zu bringen und dabei auch wirtschaftlich gut abzuschneiden.

Flexibilität, Qualität und Produktivität im Fokus

Unterschiedlich breite, lange und dicke Bleche im ständigen Wechsel  präzise und mit höchster Wiederholgenauigkeit zu schneiden, erfordert vor allem eine flexible und schnelle Schere. Diese sollte, so die Überlegungen, über eine im Durchlauf arbeitende Hochleistungs-Richtmaschine mit entsprechend dynamischem Vorschubtreiber vom Coil mit Blech versorgt werden. Auf der anderen Seite müssen die fertig geschnittenen Platinen schnell und sauber gestapelt, versandfertig gemacht und zügig entsorgt werden, damit es zu keinen Engpässen kommt. Das alles im Idealfall vollautomatisch, mit einer Formatumstellung auf Knopfdruck.
Gemeinsam mit den Feinblechspezialisten entwickelt haben die neue Anlage mehrere mittelständische Unternehmen aus der Region um Hagen. Einziger „Ausreißer“: die Huttenlocher & Schäfer GmbH (HSK) aus Kirchheim/Teck im Schwäbischen, deren Scherentechnologie man schon seit Jahren schätzt und auf die man daher auch bei diesem Projekt setzte – ebenso wie auf Steuerungs- und Antriebstechnik von Siemens. Um alle Anlagenteile damit auszurüsten und zu einer durchgängigen Linie miteinander zu verknüpfen, holte HFS den Systemintegrator Elektroanlagen Gundermann aus Nachrodt-Wiblingwerde ins Boot.

Mit Servotechnik schneller schneiden

Die Durchlaufgeschwindigkeit wird von einer Hochleistungs-Richtmaschine (HiCap 70 Plus von Arku) bestimmt, die als Master und Schrittmacher der Linie fungiert. Für eine hohe Ausbringung ist darüber hinaus entscheidend, wie schnell das Blech präzise unter dem Messerbalken der Schere positioniert, angehalten, geschnitten und danach abtransportiert werden kann. Das wiederum hängt von der jeweiligen Tafellänge ab, die auf Wunsch des Auftraggebers in einem weiten Bereich von 150 bis 9.000 mm liegen sollte, bei Breiten von 400 bis 2.050 mm und Blechdicken von 0,3 bis 4 mm. Das Pflichtenheft schrieb dabei Längentoleranzen von wenigen Zehntelmillimetern sowie eine Rechtwinkligkeit von unter 0,5 mm bei voller Schnittbreite vor. „Zur Erreichung der geforderten Flexibilität der Querteilanlage erschien der Antrieb über präzise regelbare Servomotore vielversprechend“ sagt Dr.-Ing. Timo Schäfer, Geschäftsführer des Scherenbauers HSK, „weshalb wir uns in enger Abstimmung und mit voller Unterstützung durch HFS, Gundermann und Siemens an die Entwicklung einer neuen Exzenterscheren-Generation mit entsprechenden Antrieben gemacht haben.“
Das Servoprinzip hat sich im technisch vergleichbaren Pressenbau etabliert und schien auch prädestiniert für diese Anwendung. Entscheidender Vorteil des Servoantriebs: Damit lässt sich der Bewegungsablauf des Messerbalkens über die Drehzahl der Exzenterwelle sehr variabel gestalten und das Verhältnis von Eingriffszeit und Transferzeit individuell auf das zu schneidende Produkt abstimmen. Dadurch sind bei entsprechend kurzen Blechabschnitten hohe Stückzahlen im Dauerlauf möglich, während andererseits bis zu 9.000 mm lange Bleche wirtschaftlich gefertigt werden können: einfach durch stufenlos variable Anpassung der Antriebsdrehzahl, sprich hohe Drehzahlen im eigentlichen Eingriffsbereich und niedrigere Drehzahlen für den Rest der Hubbewegung. Zusätzlichen Spielraum für größeren Vorschub (längere Bleche) lässt dabei ein großer Messerhubweg zu, wobei die Messeröffnung und der Eingriffswinkel entsprechend ausgelegt sind.

Um auch weiche und zähe Bleche schneiden zu können, hat HSK auf jede Seite des Messerbalkens einen starken Synchronservomotor (1FT6) von Siemens gesetzt; diese treiben gemeinsam in einer Kombination aus Drehmoment- und Drehzahlregelung über Kegelradgetriebe (Flender) die Exzenterwelle an.

Innovative Steuerungs- und Antriebslösung …

Berechnet und kontrolliert werden die verknüpften Bewegungsabläufe von Treiber-und Schere von einer Simatic Microbox 420-T, einem Embedded-Automation-System mit spezieller Technologiefirmware und der Funktionalität einer Simatic Technologie-CPU S7-317T-2 DP von Siemens. Der sehr kompakte und robuste, festplatten- und lüfterlose Embedded-PC kommuniziert über seine integrierte Profibus DP(Drive)-Schnittstelle taktsynchron mit den unterlagerten Antriebsverbänden der aktuellen Generation Sinamics S120 von Siemens – genau genommen mit den jeweiligen Regelungsbaugruppen der in sich modular aufgebauten Antriebsverbände, die über separate Leistungsteile, sog. Motor Modules in Ein- oder Zweiachsausführung, letztlich die Servomotoren speisen. Zudem speisen sie Energie, die im Bremsbetrieb der Motoren generiert wurde, zurück in zwei Zwischenkreise. Das wirkt sich positiv auf die Energiebilanz der Anlage aus. Zur lokalen Visualisierung der Schere ist an die Microbox 420-T ein Touch-Panel des Typs Simatic TP177A angeschlossen.
Der neue mechanische Aufbau und das innovative Steuerungs-/ Antriebskonzept dieser sogenannten BiServo-Schere reduzieren die Eingriffs- bzw. Stillstandszeit beim Schnitt. Schon die ersten Ergebnisse waren so überzeugend, dass sich HFS noch während der Inbetriebnahme dazu entschloss, den ursprünglich für einen späteren Zeitpunkt geplanten zweiten Entsorgungsstrang am Auslauf sofort zu realisieren, um Engpässe in der Fertigteilentsorgung sicher auszuschließen.
Weiterer Vorteil des neuen Servo-Scherenantriebs ist ein vereinfachter mechanischer Aufbau, wodurch sich der Wartungsaufwand im laufenden Betrieb und damit verbundene Kosten reduzieren. Die weichen, mechanikschonenden Bewegungen haben zudem positiven Einfluss auf die Messerstandzeiten. Dazu trägt auch die feinfühlige, automatische Ein- und Verstellung des Schnittspalts bei. Einfach und komfortabel gestaltet sich auch das Ein- und Umstellen der gesamten Linie. Der Bediener gibt lediglich Länge, Breite und Blechdicke ein und rund 50 Antriebe des Typs Micromaster von Siemens bringen die relevanten Anlagenteile automatisch in die erforderliche Ausgangsposition, und zwar schnell und zuverlässig. Das verhindert Fehleingaben und minimiert unproduktive Wechselzeiten.

… durchgängig und aus einer Hand

Der Einlaufbereich und die Stapeleinrichtungen werden aus Platz- und Kostengründen über echtzeitfähige Embedded-Controller Simatic Microbox PC 427B von Siemens gesteuert. Auf der Microbox am Stapler läuft zudem das Visualisierungssystem Simatic WinCC flexible RT (Runtime) der Linie. Richtmaschine und Staplerauslauf sind über konventionelle, profinetfähige Simatic-Steuerungen und einen Industrial-Ethernet-Switch ins Gesamtsystem eingebunden (wie alle Controller). Damit ergibt sich ein von Haus aus aufeinander abgestimmtes Gesamtsystem aus einem Guss, ohne Schnittstellenprobleme, mit eindeutiger Verantwortlichkeit.
Die Einarbeitung in die zum Teil neuen Systeme sei unkompliziert und problemlos verlaufen, so Systemintegrator Günter Gundermann, der mit seinem Team auch schon vergleichbare Anlagen anderer Hersteller automatisiert hat. Und somit aus eigener Erfahrung sagen kann, „dass man derart flexible und produktive Querteilanlagen schon suchen muss“.
Ersatzteile und technische Unterstützung sind bei Bedarf sehr schnell vor Ort. Und für den Fall, dass es einmal ganz schnell gehen muss, hat man über einen Kommunikationsprozessor und die WinCC-flexible-Option SmartAccess vollen Zugriff auf die Anlage, bis in die Antriebsebene hinein. Auch das hilft, im Störungsfall Stillstandszeiten zu minimieren, die Verfügbarkeit der Anlage und somit letztlich die Lieferfähigkeit von HFS auf einem hohen Stand zu halten. Geschäftsführer Andreas Ducke ist sowohl mit der intensiven Zusammenarbeit aller Beteiligten als auch mit den in vergleichsweise kurzer Zeit erzielten Resultaten sehr zufrieden. Seit Mitte 2008 läuft die neue Querteilanlage im Zwei- bzw. Dreischichtbetrieb.
Auch Scherenhersteller Huttenlocher & Schäfer hat sein Produktportfolio mit der neuen Steuerungs- und Servoantriebstechnik von Siemens um eine innovative Variante erweitert und kann damit Kundenwünsche künftig noch individueller erfüllen.

“Wir sind in der Lage, selbst hoch- und höherfeste Stahlgüten prozesssicher richten und zuschneiden zu können.”, so Andreas Ducke, Geschäftsführer Technik der Hagener Feinblech Service GmbH. Genau aus diesem Grund hat man sich mit der Beschaffung der in 2008 gelieferten Querteilanlage schon 2 Jahre zuvor beschäftigt. Auf der EuroBlech 2006 fanden die ersten Gespräche zwischen Andreas Ducke und Albert Reiss, ARKU Geschäftsführer, statt. Das mittelständische Stahl-Service-Center aus Hagen wollte bei der neuen Anlage nichts dem Zufall überlassen. “ARKU konnte uns glaubhaft versichern, unseren hohen Ansprüchen gerecht zu werden”, so Ducke und bemerkt: ” Das man so stark auf unsere Wünsche eingegangen ist, halten wir nicht für selbstverständlich.”

Die Hagener Feinblech Service GmbH wurde 1992 mit 7 Mitarbeitern gegründet und beschäftigt heute 80 Mitarbeiter. Bereits 1993 wurde die erste Querteilanlage installiert. 1998 schaffte man sich die zweite Anlage an, diesmal mit Vakuum-Stapler, um auch NE-Metalle, wie Aluminium zu bearbeiten. ” Wir waren das erste private Service-Center, das auch Formzuschnitte liefern konnte”, so Wilhelm Sauer, Geschäftsführer Vertrieb des Serviceprofis aus Hagen.

Um dem Trend zum steigenden Einsatz von hochfesten Materialien gewachsen zu sein, investierte man 2008 schließlich in eine neue Querteilanlage. ” Die Richtmaschine ist das Herzstück einer jeden Querteilanlage. “, so Ewald Hund, Technischer Leiter von ARKU, und ergänzt: “Ihre Leistungsfähigkeit entscheidet darüber, welche Blechdicken und Materialsorten bearbeitet werden können.” Die Hochleistungsrichtmaschine HiCap® PLUS ist mit einem Kassettenwechselsystem ausgestattet. So können in einer Maschine Kassetten mit unterschiedlichen Durchmessern eingesetzt werden. Eine HiCap® PLUS kann damit den Blechdickenbereich von zwei Maschinen abdecken. Hochleistungsrichtmaschinen von ARKU sind besonders zur Bearbeitung hochfester Bleche geeignet. Neben der Abstützung der Richtwalzen und der steifen Bauweise sorgt dafür auch das patentierte Antriebssystem der HiCap® PLUS. Durch EcoPlan® sinkt der Bedarf an Drehmoment an den einzelnen Gelenkwellen deutlich. Die Leistung der Richtmaschine wird um bis zu 30% erhöht und das bei gleichem Energiebedarf.

Die neue Querteilanlage für bis zu 2.100 mm breites Blechband wurde Mitte 2008 in Betrieb genommen. Auf der Anlage werden Coilgewichte bis zu 40 Tonnen verarbeitet und Blechdicken bis 4 mm zugeschnitten. Neben dem Besäumen kann die Querteilanlage durch einen Mittelschnitt das Band zusätzlich in zwei Streifen teilen.

“Der erste Eindruck, den wir uns von ARKU gemacht hatten, hat sich bestätigt”, so Andreas Ducke und ergänzt: ” Es war eine sehr gute Zusammenarbeit, und das Ergebnis kann sich sehen lassen.”