Die vollautomatische Rohrbiegeeinheit vereint vor- und nachgelagerte Prozesse und verbindet schnelle, fehlerfreie Verarbeitung, Wiederholbarkeit und Sicherheit. Diese Integration könnte zwar jedem Hersteller zugutekommen, ist aber besonders attraktiv für diejenigen im jungen, aber wettbewerbsintensiven Bereich der Elektrofahrzeugproduktion.
Elektrofahrzeuge (EVs) sind nichts Neues. Anfang des 20. Jahrhunderts, mit dem Aufkommen von Elektro-, Dampf- und Benzinfahrzeugen, war die Elektrofahrzeugtechnologie mehr als nur ein Nischenmarkt. Während Benzinmotoren diese Runde gewonnen haben, ist die Batterietechnologie zurückgekehrt und wird bleiben. Da viele Städte auf der ganzen Welt zukünftige Verbote für Fahrzeuge mit fossilen Brennstoffen ankündigen und viele Länder ihre Absicht bekunden, den Verkauf solcher Fahrzeuge zu verbieten, werden alternative Antriebe die Automobilindustrie dominieren. Es ist nur eine Frage der Zeit.
Verkaufszahlen zeigen, dass Fahrzeuge mit alternativen Kraftstoffen seit Jahren auf dem Vormarsch sind. Laut der US-amerikanischen Umweltbehörde EPA betrug der US-Markt für Elektrofahrzeuge, Plug-in-Hybridfahrzeuge (PHEVs), Brennstoffzellenfahrzeuge und andere Hybridfahrzeuge als PHEVs im Jahr 2020 7 %. Dieser Markt war vor 20 Jahren kaum existent. Die Zahlen des Kraftfahrtbundesamts sprechen eine deutliche Sprache: Der Anteil von Fahrzeugen mit alternativen Antrieben an allen zwischen Januar 2021 und November 2021 in Deutschland neu zugelassenen Fahrzeugen liegt bei knapp 35 %. Der Anteil der neu zugelassenen BEVs lag in diesem Zeitraum bei rund 11 %. Bei den Personenkraftwagen ist das Wachstum neuer Elektrofahrzeuge in Deutschland besonders ausgeprägt. In diesem Segment lag der Anteil der Elektrofahrzeuge an allen neu zugelassenen Personenkraftwagen im Gesamtjahr 2020 bei 6,7 %. Von Januar bis November 2021 ist dieser Anteil deutlich auf über 25 % gestiegen.
Dieser Wandel bringt dramatische Veränderungen für die Automobilhersteller und ihre gesamte Lieferkette mit sich. Leichtbau ist ein Thema – je leichter das Fahrzeug, desto weniger Energie wird benötigt. Dadurch erhöht sich auch die Reichweite, die für Elektrofahrzeuge entscheidend ist. Dieser Trend hat auch zu veränderten Anforderungen an das Biegen von Rohren geführt, mit einer wachsenden Nachfrage nach kompakten und leistungsstarken Komponenten, insbesondere dünnwandigen Rohren aus hochfesten Materialien. Leichtbaumaterialien wie Aluminium und kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe sind jedoch oft teurer und schwieriger zu verarbeiten als herkömmlicher Stahl. Mit diesem Trend verbunden ist die dramatische Zunahme der Verwendung von anderen Formen als runden Formen. Leichtbaustrukturen erfordern zunehmend komplexe, asymmetrische Formen mit unterschiedlichen Querschnitten.
Eine gängige Praxis in der Automobilherstellung besteht darin, runde Rohre zu biegen und sie durch Hydroformen in ihre endgültige Form zu bringen. Dies funktioniert bei Stahllegierungen, kann aber bei der Verwendung anderer Materialien problematisch sein. Beispielsweise lässt sich kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff nicht biegen, wenn er kalt ist. Erschwerend kommt hinzu, dass Aluminium dazu neigt, mit der Zeit auszuhärten. Dies bedeutet, dass Aluminiumrohre oder -profile bereits wenige Monate nach ihrer Herstellung nur noch schwer oder gar nicht mehr gebogen werden können. Wenn der gewünschte Querschnitt nicht kreisförmig ist, ist es außerdem viel schwieriger, vorgegebene Toleranzen einzuhalten, insbesondere bei der Verwendung von Aluminium. Schließlich ist der Ersatz herkömmlicher Kupferkabel durch Aluminiumprofile und -stangen zur Stromübertragung ein wachsender Trend und eine neue Herausforderung beim Biegen, da die Teile über eine Isolierung verfügen, die beim Biegen nicht beschädigt wird.
Der Übergang zu Elektrofahrzeugen führt zu Veränderungen im Design von Rohrbiegemaschinen. Herkömmliche Standard-Rohrbiegemaschinen mit vordefinierten Leistungsparametern werden durch produktspezifische Maschinen ersetzt, die auf die Bedürfnisse der Hersteller zugeschnitten werden können. Biegeleistung, geometrische Maße (wie Biegeradius und Rohrlänge), Werkzeugplatz und Software werden angepasst, um den spezifischen Prozess- und Produktanforderungen des Herstellers besser zu entsprechen.
Dieser Wandel ist bereits im Gange und wird sich noch verstärken. Damit diese Projekte verwirklicht werden können, benötigt der Systemlieferant das notwendige Know-how in der Biegetechnologie sowie das nötige Wissen und die Erfahrung im Werkzeug- und Prozessdesign, die bereits von Beginn der Maschinendesignphase an integriert werden müssen. Beispielsweise sind komplexe Werkzeugformen erforderlich, um Aluminiumprofile mit unterschiedlichen Querschnitten herzustellen. Daher wird die Entwicklung und optimierte Konstruktion solcher Werkzeuge immer wichtiger. Darüber hinaus erfordert das Biegen von CFK einen Mechanismus, der eine geringe Wärmemenge zuführt.
Der zunehmende Kostendruck in der Automobilindustrie wirkt sich auch auf die gesamte Lieferkette aus. Kurze Zykluszeiten und höchste Präzision sind heute wichtiger denn je. Um wettbewerbsfähig zu bleiben, müssen Unternehmen ihre Ressourcen effizient nutzen. Dies betrifft nicht nur Zeit- und Materialressourcen, sondern auch Personalressourcen, insbesondere Stammmitarbeiter in der Fertigung. Benutzerfreundliche und zuverlässige Prozesse sind hier ein wesentlicher Faktor zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit.
Rohrhersteller und OEMs, die die Rohrfertigung im eigenen Unternehmen durchführen, reagieren auf den unerbittlichen Kostendruck und andere Belastungen möglicherweise mit der Suche nach Hochleistungsmaschinen, die genau ihren Anforderungen entsprechen. Moderne Abkantpressen müssen eine mehrstufige Technologiestrategie verwenden, die Funktionen wie anpassbare Mehrradien-Biegewerkzeuge umfasst, die einfache und präzise Biegungen mit sehr kurzen Rohren zwischen den Biegungen ermöglichen. Diese Entwicklung in der Biegetechnologie zeigt sich bei der Herstellung von Rohrkomponenten mit mehreren Radien, bei der Herstellung von Biege-in-Biege-Systemen oder bei der Herstellung anderer komplexer Rohrsysteme. Maschinen zur Handhabung komplexer Biegungen können die Zykluszeiten verkürzen; für Hersteller großer Stückzahlen können selbst wenige Sekunden, die pro Komponente eingespart werden, enorme positive Auswirkungen auf die Produktionseffizienz haben.
Eine weitere Schlüsselkomponente ist die Interaktion zwischen Bediener und Maschine. Die Technologie muss den Anwender bestmöglich unterstützen. So ermöglicht beispielsweise die Integration des Biegewerkzeugrückzugs – bei dem Biegewerkzeug und Schwenkarm getrennt voneinander arbeiten – der Maschine, verschiedene Rohrgeometrien während des Biegevorgangs einzustellen und zu positionieren. Ein weiteres Programmier- und Steuerungskonzept bereitet die Welle bereits während der laufenden Biegung auf die nächste Biegung vor. Zwar ist hierfür eine Steuerung erforderlich, die das Zusammenspiel der Achsen kontinuierlich und automatisch überwacht, um ihre Bewegungen zu koordinieren, doch der Programmieraufwand bringt enorme Vorteile: Je nach Bauteil und gewünschter Rohrgeometrie können die Zykluszeiten um 20 bis 40 Prozent reduziert werden.
Angesichts der Umstellung auf alternative Antriebe ist Automatisierung wichtiger denn je. Hersteller von Rohrbiegemaschinen müssen daher auf eine umfassende Automatisierung und die Integration von Arbeitsabläufen über das Biegen hinaus achten. Dies gilt nicht nur für Rohrbiegungen in der Großserienfertigung, sondern zunehmend auch für die Kleinstserienfertigung.
Moderne Abkantpressen für Großserienhersteller, wie die CNC 80 E TB MR von Schwarze-Robitec, sind ideal für die Anforderungen von Herstellern in der Automobilzulieferkette. Eigenschaften wie kurze Zykluszeiten und hohe Ressourceneffizienz sind entscheidend, und viele Hersteller verlassen sich auf Optionen wie Schweißnahtprüfung, integriertes Trennen und Roboterschnittstellen.
Bei der vollautomatischen Rohrbearbeitung müssen die verschiedenen Prozessschritte zuverlässig, fehlerfrei, wiederholbar und schnell ablaufen, um eine gleichbleibende Qualität der Biegeergebnisse zu gewährleisten. In eine solche Biegeeinheit müssen vor- und nachgelagerte Bearbeitungsschritte integriert sein, darunter Reinigen, Biegen, Montieren, Endenformen und Messen.
Handhabungsgeräte wie Roboter und zusätzliche Komponenten wie Rohrhandler müssen ebenfalls integriert werden. Die Hauptaufgabe besteht darin, zu bestimmen, welche Prozesse für die jeweilige Anwendung am besten geeignet sind. Je nach Anforderungen des Herstellers kann beispielsweise ein Bandladespeicher, ein Kettenspeicher, ein Hubförderer oder ein Schüttgutförderer das richtige System für einen Rohrzuführer sein. Einige Hersteller von Abkantpressen machen die Integration so einfach wie möglich, indem sie proprietäre Steuerungssysteme anbieten, die in Verbindung mit dem Warenwirtschaftssystem des OEMs funktionieren.
Zwar verlängert jeder zusätzliche Schritt die Prozesskette, für den Anwender entsteht jedoch keine Verzögerung, da die Zykluszeit grundsätzlich gleich bleibt. Der größte Unterschied in der Komplexität dieses Automatisierungssystems sind die hohen Steuerungsanforderungen, die zur Integration der Biegeeinheit in die bestehende Produktionskette und das Firmennetzwerk erforderlich sind. Aus diesem Grund sollten Rohrbiegemaschinen bereit für Industrie 4.0 sein.
Insgesamt ist die Integration das Wichtigste. Es ist entscheidend, dass OEMs mit Maschinenbauern zusammenarbeiten, die über umfassende Erfahrung in der Entwicklung von Maschinen verfügen, die mit den verschiedenen Subsystemen in einem vollautomatischen Herstellungsprozess kompatibel sind.
Tube & Pipe Journal war 1990 das erste Magazin, das sich speziell der Metallrohrindustrie widmete. Heute ist es nach wie vor die einzige Publikation in Nordamerika, die sich ausschließlich dieser Branche widmet, und hat sich zur zuverlässigsten Informationsquelle für Rohrprofis entwickelt.
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