UMFORMtechnik (Massiv)

 
 
   

Pressenbau ohne starke Zulieferer geht nicht

Geschmiedete Räder sind bei Hochgeschwindigkeitszügen heute Standard. Schuler baut Turn-Key-Anlagen für die Fertigung dieser Monoblock-Räder. Bei den bis zu 48 t schweren Platten der Maschinengestelle verlässt sich der Pressenbauer auf die Technik von Zulieferer Jebens.

Es sind nur 20 Jahre bis dahin. Dann leben  nach Schätzungen 60 % aller Menschen in Städten. 2050 sind es bereits 75 %. Und alle werden angewiesen sein auf funktionierende Infrastrukturen, um immer größere Strecken zwischen Arbeitsstelle und Wohnort zurückzulegen. Eine Schlüsselrolle in diesem Szenario haben Beförderungsmittel auf Schiene, und hier vor allem Hochgeschwindigkeitszüge. Das wachsende Passagieraufkommen und Tempo stellen an  die eingesetzten Räder hohe Anforderungen.

Gegossene Räder sind den Belastungen nicht  gewachsen. Vor  allem  in den europäischen  Ländern, China, Russland und Japan  sind Schmiederäder daher Standard der  Zugausstattung. Mit Turn-Key-Anlagen  zum Schmieden und Walzen dieser Monoblock-Räder setzt der weltgrößte Pressenhersteller  Schuler  international  neue  Maßstäbe.  Für  die Fertigung der Pressengestell-Platten mit Stückgewichten von bis zu 48 t baut Schuler auf die Spezialkompetenz der Jebens GmbH.

Weltweit  wachsen  die  Städte  jeden  Tag  um  über  170 000  Einwohner. Durch diese rasante Urbanisierung verdreifacht sich nach Einschätzung der Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (OECD) der Weg der Menschen zur Arbeit und zu Freizeitaktivitäten. Mit der Folge, dass  sich  in  den  Metropolen  die  Verkehrssituation weiter anspannt.  Für  mittlere  und  lange  Strecken  gilt  die  Eisenbahn deshalb  mehr  denn  je  als  Rückgrat der dringend Mobilität.

Highspeed-Züge fahren heute mit Spitzengeschwindigkeiten von 350  km/h.  Diesen  Leistungserwartungen  –  gepaart  mit weiter  steigenden  Anforderungen  an  Sicherheit, Komfort, Lärm- und  Verschleißreduktion  –  müssen  auch  die  Eisenbahnräder genügen. Der zur  Andritz-Gruppe  gehörende Pressenbauer Schuler ist erst seit zehn Jahren  im  Railway-Markt  aktiv. Dennoch konnte das Unternehmen bereits drei Aufträge für Turn-Key-Anlagen zur Herstellung von Eisenbahnrädern  einfahren.  Die Technik und automatisierte  Verkettung  der einzelnen Anlagen erfüllen  die Anforderungen an die Fertigungsabläufe vom Stranggussmaterial bis zum fertigen Rad. Aktuell fertigt Schuler für einen asiatischen  Kunden  eine  schlüsselfertige  Anlage  zum  Schmieden  und Walzen von Eisenbahnrädern, die im November dieses Jahres ausgeliefert werden soll. 

Alle 45 s ein neues Rad

Der  integrierte  Prozess  der  Radherstellung  auf  dieser  Fertigungslinie beginnt  am  Chargierroboter,  der  den  Drehherdofen mit 400 mm bis 800 mm  langen  Stangenabschnitten  belädt.  Ein  Roboter  transportiert anschließend die in bis zu fünf Stunden auf 1250 °C erwärmten Stangenabschnitte zur Entzunderungsanlage. Von dort geht es per Roboter weiter zur Vorformpresse. Hier wird der Radrohling mit einer Presskraft von 10000  t  in  zwei  Umformstufen  geschmiedet  und  dabei  auch  die Nabe  vorgeformt.  Der  für  Schuler  Radpressen  charakteristische  zentrale Zylinder  und  der  sich  darunter  bewegende  Stößel  verleihen  dabei  der Vorform  eine  fast  schon  endkonturnahe  Ausformung.  Durch  diese  hohe Kraft  und  Präzision  bei  der  Vorformung  sinkt  der  erforderliche Materialeinsatz  um  bis  zu  10 %,  was  sich  positiv  auf  die Wirtschaftlichkeit  der  Radherstellung  auswirkt.  Die  patentierte  Hydraulik verringert  dabei  durch  besonders  schnelles  Öffnen  der  Presse  die Kontaktzeit  zwischen  Werkstück  und  Werkzeug.  Dadurch  steigt  nicht  nur die  Produktivität,  sondern  auch  die  Standzeit  der  Kontaktwerkzeuge, da ihre  thermische  Belastung  sinkt.  Mit  der  Technologie  Efficient  Hydraulic Forming  (EHF)  senkt  Schuler  überdies den  Stromverbrauch  der Anlage. Denn dieses Modul erlaubt es, nach dem Prinzip einer Start-Stopp-Automatik  im  Auto  die  Antriebe  gezielt  an-  und  abzuschalten.  Anders  als konventionelle  hydraulische  Pressen,  die  über  eine  halbe  Minute  zum Hochfahren der Antriebe benötigen, ist die Vorformpresse binnen 1,5 s hochgefahren.  So lassen sich verbrauchsintensive Leerlaufzeiten vermeiden.

Von  der  Vorformpresse  gelangen  die  so  produzierten  Rohlinge  per Portalroboter zum Kernstück der Schmiedelinie, der Radwalze. Insgesamt neun  Walzen  –  vier  Zentrierwalzen,  zwei  Kegelwalzen,  eine  Hauptwalze und  zwei  Stegwalzen  –  geben  hier  dem  Rad  in  45 s die endgültige Form. Dabei halten die Zentrierwalzen den Rohling in vertikaler Position,  während  die  Stegwalzen  den  Spurkranz  gegen  die  Hauptwalze drücken  und  die  gleichzeitig  zufahrenden  Kegelwalzen  die  Breite  des Radkranzes formen. So wird parallel zur Umformung des Spurkranzes der Durchmesser des Rads vergrößert. Mit einem Durchmesser von 1,7 m ist  die  Hauptwalze  für  die  Umformung  der  bis  zu  1500  kg schweren  Schmiedeteile  bestens  gewappnet.  Um  Trägheitsmomente  zu überwinden,  haben  die  Umformwalzen  eigene  Antriebe.  Dadurch  können die  thermisch  hochbelasteten  Walzen  auch  im  Leerlauf  gedreht  werden, und lassen sich so schneller als bei konventionellen Anlagen nach jedem Umformprozess wieder runterkühlen. Längere Standzeiten der Werkzeuge sprechen  für  die  Effizienz  auch  dieser  Lösung.  In  der  nachfolgenden Kümpelpresse erhält das Rad mit 5000 t Presskraft seine Endform: Seine Höhe wird kalibriert, die Nabe axial  versetzt und der Steg S-förmig oder  glockenförmig  umgeformt.  Der  so  entstehende  Federeffekt  trägt zur  Minderung  des  Laufgeräuschs  bei.  In  die  bis  zu  350 mm  lange  Nabe  stanzt  anschließend  ein  in  den  Presszylinder integrierter Lochstempel mit 1000 t Gewicht ein Loch von etwa 150 mm  Durchmesser.  Den  Abschluss  der  Schmiedelinie  bilden  die flexible  Markierstation,  wo  das  Rad  mit einer zehn- bis 15-stelligen, permanenten  Zahlen-  und  Buchstabenkombination  versehen  wird,  sowie ein Lasersystem, das berührungslos vermisst. 

Definierte Steifigkeitsvorgaben

Bis  zu  75  Räder  mit  Durchmessern  bis  1450  mm  werden künftig  pro  Stunde  auf  dieser Schmiedelinie gefertigt. Entsprechend  ist die Dimension der Turn-Key-Anlage:  Inklusive  Ofen  misst sie  80 m in der Länge und 30 m in der Breite. Eine Art Herkules in der Fertigungslinie ist die 12 m über- und 4 m unterflur hohe hydraulische Presse,  in  der  die  Radrohlinge  unter 10000 t entstehen. Die einwirkenden Kräfte erfordern hohe Steifigkeit des Gestells, um die geforderte Präzision in der Produktion zu  gewährleisten.  Schuler  beauftragte  Jebens  als  führenden  Spezialisten für  große  schwere  Brennzuschnitte  und  montagefertige Schweißbaugruppen  mit  der  Fertigung  der  Pressenplatten.  Lamellenartig angeordnet  und  mit  Distanzstücken  zusammengehalten,  nehmen  sie  die Pressenachsen mit den  Umformwerkzeugen  auf.  Insgesamt 14 nach definierten Steifigkeitsvorgaben geschweißte Platten lieferte Jebens für den Pressenkörper der hydraulischen Presse: Acht O-Profil-Gestellplatten, jede 14 450 mm  lang,  4780 mm breit und 150 mm  dick, wiesen Stückgewichte von 48 t auf. Sechs weitere Platten, 11060 mm lang und 3600 mm breit, hatten ein Stückgewicht von 22 t. Neben dem Handling dieser Teile war die geforderte Ebenheit über die Plattenlänge von 14 m eine Herausforderung. Für die gebotene  Steifigkeit  des  Gestells  ist  aber  vor allem  die  Gesamtqualität  der  Schweißteile  von  zentraler  Bedeutung.  Die Schuler’schen Schweißvorschriften können nur  wenige  Schweißbetriebe  erfüllen.  Basis  für  die  Auftragsvergabe an Jebens waren deshalb  die  guten Erfahrungen in der langjährigen Zusammenarbeit.

Markus  Knebel, Leitung  Operativer  Einkauf bei Schuler in Waghäusel: „Wir blicken auf eine über 25-jährige Zusammenarbeit  mit  Jebens  zurück. Zunächst als Lieferant von Brennteilen, dann zunehmend auch als  Lieferant kleinerer, 5 t bis 10 t schwerer  Schweißteilen. So konnten wir darauf  vertrauen, dass Jebens die geforderten  Qualitätsangaben umsetzt und unsere Terminvorgaben  einhält.  Nicht  zuletzt  stimmte auch das Kostenniveau.“ Uwe  Konnerth, bei Schuler Leiter Vertrieb  Massivumformung, ergänzt: „Bei einer Plattenpresse mit 10000 t Presskraft ist die  Qualität  der  Schweißnähte  essenziell.  Mit  Jebens haben wir einen nachweislich  qualifizierten,  leistungsstarken  Partner.“ 

Für  den Mittelständler gehören präzise Fertigungsabläufe zum Tagesgeschäft. Dank eigenem Schweiß-Fachingenieur und umfassender Zertifizierung ist Jebens für Maßarbeit in reproduzierbarer  Qualität  bestens  gewappnet.  Nach  der Beschaffung  des  Rohmaterials  fertigte  der  Betrieb  entsprechend Schuler-Zeichnungsvorgaben die Schweißteile an. Uwe Konnerth: „Für die  Vorformpresse ist die Formgebung der  Komponenten sogar eher einfach.  Herausfordernd  ist  jedoch  die Umsetzung  der Qualitätsanforderungen bei diesen Dimensionen und 440 t Gesamtgewicht.“

Mit zwei Schweißrobotern und einem XXL-Glühofen war Jebens für die  Komplettanfertigung  dieser  Großbauteile  im  eigenen gerüstet. Am Stammsitz Korntal-Münchingen erfolgte  zunächst  neben  dem  Brennen  das  Fasen  der Komponenten.  Nach  dem  Transport  ins Zweitwerk  wurden die  Pressenplatten  in  Nördlingen  geschweißt,  geglüht  und  grundiert.  Der Einsatz  des Roboters  gewährleistete  bei  mehrlagigem  Schweißen mit  absolut gleichmäßigen und fehlerfreien  Nähten  die  geforderte Präzision. Der 13,5 m lange, 5,8 m breite und 3,8 m hohe Glühofen war den Dimensionen der Großbauteile gewachsen. Mit der  Anlieferung  der  Schweißteile  bei  einem von Schuler beauftragten Bearbeiter war für Jebens der Auftrag abgeschlossen.

Jebens GmbH
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