Siemens VFDs im Metallschmieden und -stanzen: Schwungradantriebe, Kupplungs-/Bremskoordination und Energiespeicherung

Das Schmieden und Stanzen von Metall ist eine anspruchsvolle Aufgabe, die präzise Kontrolle und viel Kraft erfordert. Seit Jahren suchen Fabriken nach Möglichkeiten, diese Prozesse effizienter, zuverlässiger und kostengünstiger zu gestalten. Hier kommt Siemens VFD (Variable Frequency Drives) ins Spiel, der Game-Changer in der industriellen Motorsteuerung. Diese intelligenten Geräte von Siemens verändern Metallumformprozesse weltweit, indem sie Schwungradantriebe optimieren, die Kupplungs-/Bremskoordination verbessern und fortschrittliche Energiespeicherlösungen ermöglichen. In diesem Blog untersuchen wir, wie die VFD-Technologie von Siemens messbare Vorteile bei Metallschmiede- und Stanzvorgängen bietet, anhand von realen{6}Weltdaten und praktischen Anwendungen.

Warum Siemens VFDs beim Metallschmieden und -stanzen wichtig sind

Metallschmiede- und Stanzmaschinen müssen extreme Kräfte {{0}oft Tausende von Tonnen- bewältigen und gleichzeitig eine präzise Kontrolle über Geschwindigkeit und Position behalten. Herkömmliche Systeme mit fester-Geschwindigkeit verschwenden Energie, erzeugen mechanische Belastungen und schränken die betriebliche Flexibilität ein. Die VFD-Technologie von Siemens löst diese Herausforderungen durch:

• Anpassen der Motorgeschwindigkeit an die genauen Prozessanforderungen
• Reduzierung des Energieverbrauchs um bis zu 70 % im Vergleich zu Systemen mit fester-Geschwindigkeit
• Verlängert die Lebensdauer der Ausrüstung durch Minimierung der mechanischen Belastung während der Inbetriebnahme
• Ermöglicht eine präzise Koordination zwischen Maschinenkomponenten wie Schwungrädern, Kupplungen und Bremsen

Siemens VFD-Modelle wie SINAMICS S150 und SINAMICS PERFECT HARMONY sind speziell für Hochleistungsanwendungen konzipiert und bieten selbst in den rauesten Industrieumgebungen zuverlässige Leistung. Diese Antriebe können Leistungen von kleinen 0,05-kW-Motoren bis hin zu riesigen 85-MW-Systemen bewältigen und eignen sich daher für alles, von kleinen Stanzpressen bis hin zu großen Schmiedehämmern.

Siemens VFDs für Schwungradantriebe in der Metallumformung

Schwungräder sind beim Metallschmieden und -stanzen unverzichtbar, da sie kinetische Energie speichern, um die für Umformvorgänge erforderliche hohe Leistung zu liefern. Herkömmliche Schwungradsysteme haben jedoch ihre Grenzen: Sie sind ineffizient, schwer zu kontrollieren und verursachen Spitzenspitzen beim Leistungsbedarf. Die VFD-Technologie von Siemens revolutioniert Schwungradantriebssysteme, indem sie intelligente Steuerungs- und Energieoptimierungsfunktionen hinzufügt.

Wie Siemens VFDs die Schwungradleistung optimieren

Ein mit einem Schwungradantriebssystem verbundener Siemens-Frequenzumrichter steuert nicht nur die Geschwindigkeit, sondern verändert auch die Art und Weise, wie Energie gespeichert und genutzt wird:

1. Dynamische Geschwindigkeitsanpassung:Im Gegensatz zu Systemen mit fester-Geschwindigkeit können Bediener mit Siemens VFD die Schwungradgeschwindigkeit in Echtzeit je nach Materialtyp, Dicke und Formungsanforderungen anpassen. Beispielsweise kann eine 300-Tonnen-Stanzpresse mit einem VFD von Siemens die Schwungradgeschwindigkeit um 20 % reduzieren, wenn mit dünneren Materialien (1,2 mm Edelstahl 304) gearbeitet wird, wodurch der Energieverbrauch um 35 % gesenkt wird und gleichzeitig die Qualität erhalten bleibt.
2. Reibungslose Energieübertragung:Der Antrieb sorgt für eine allmähliche Beschleunigung und Verzögerung des Schwungrads und reduziert die mechanische Belastung von Zahnrädern und Lagern um bis zu 40 % im Vergleich zum Direktstart. Dies verlängert die Lebensdauer der Geräte und senkt die Wartungskosten jährlich um etwa 25 %.
3. Präzise Drehmomentregelung:Siemens VFD liefert eine exakte Drehmomentabgabe, sodass Schwungräder auch bei Lastschwankungen eine konstante Umformleistung liefern können. Bei einem aktuellen Test in einem europäischen Schmiedewerk hielt ein VFD-gesteuertes Schwungradsystem von Siemens das Drehmoment innerhalb von ±2 % des Sollwerts und verbesserte so die Konsistenz der Teilequalität um 30 %.

Real-Test: Siemens VFD-Schwungradantrieb in der Automobilschmiedetechnik

Schauen wir uns einen detaillierten Test an, der von einem großen Automobilteilehersteller in Deutschland durchgeführt wurde und sich auf die Umrüstung einer 500{{1}Tonnen-Schmiedepresse von einem traditionellen System mit fester-Geschwindigkeit auf einen VFD-gesteuerten Schwungradantrieb von Siemens (Modell SINAMICS S150) konzentriert:

Testaufbau:

• Maschine: 500-Tonnen-Warmschmiedepresse zur Kurbelwellenfertigung
• Material: 4140 legierte Stahlknüppel (120 mm Durchmesser, 300 mm Länge)
• Altes System: Direkt-Online-Starter mit mechanischer Geschwindigkeitsregelung
• Neues System: Siemens VFD SINAMICS S150 (400 kW) mit SimaPress-Anwendungspaket
• Testdauer: 8 Wochen (4 Wochen mit altem System, 4 Wochen mit neuem System)

Testprozess:

1. Basismessungen: Stromverbrauch, Zykluszeit, Teilequalität und Wartungsprobleme wurden 4 Wochen lang mit dem alten System aufgezeichnet.
2. Installation: Der Siemens VFD wurde in den vorhandenen Schwungradmotor integriert, mit der SIMATIC S7-1500-Steuerung verbunden und mit benutzerdefinierten Schmiedeparametern programmiert.
3. Optimierung: Der Antrieb wurde {0}feinabgestimmt, um ihn an den spezifischen Schmiedeprozess anzupassen, einschließlich der Einstellung von Beschleunigungs-/Verzögerungsrampen und Drehmomentgrenzen.
4. Datenerfassung: Dieselben Messwerte wurden 4 Wochen lang mit dem neuen VFD-System von Siemens aufgezeichnet.

Testergebnisse:

Kupplungs-/Bremskoordination mit Siemens VFDs

In Stanz- und Schmiedemaschinen für Metall steuern Kupplungs- und Bremssysteme die Bewegung des Stößels (des Teils, der das Metall drückt). Eine schlechte Koordination zwischen diesen Komponenten verursacht Probleme wie:

• Probleme mit der Teilequalität aufgrund inkonsistenter Haltepositionen
• Erhöhter mechanischer Verschleiß durch „Bremswiderstand“
• Sicherheitsrisiken durch unerwartete Bewegungen
• Energieverschwendung durch ineffizienten Betrieb

Die VFD-Technologie von Siemens löst diese Probleme, indem sie eine präzise, ​​synchronisierte Steuerung von Kupplungs- und Bremssystemen ermöglicht und so einen reibungslosen Betrieb schafft, der Leistung und Sicherheit verbessert.

Hauptvorteile der VFD-Kupplungs-/Bremskoordination von Siemens

1. Perfekte Synchronisation:Der VFD von Siemens koordiniert das Einrücken und Lösen der Kupplung mit Millisekundengenauigkeit (Reaktionszeit < 10 ms), eliminiert den „Bremswiderstand“ und reduziert den reibungsbedingten Verschleiß um 45 %. Dies ist von entscheidender Bedeutung für Vorgänge, die hohe Taktraten erfordern (über 100 Hübe pro Minute).
2. Reibungslose Stößelbewegung:Durch die Steuerung der Motorgeschwindigkeit während des Einkuppelns reduziert der Antrieb mechanische Stöße um 60 % und verlängert so die Lebensdauer von Pressenrahmen und Matrizensätzen. Ein Stanzwerk in Ohio meldete nach der Installation der VFD-Kupplungs-/Bremssteuerung von Siemens eine Reduzierung der Werkzeugwechselkosten um 30 %.
3. Einstellbare Stopppositionen:Bediener können genaue Stopppunkte für verschiedene Teile programmieren und so die Teilegenauigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Systemen um ±0,05 mm verbessern. Dies ist besonders wertvoll für komplexe Stanzteile wie Automobilkarosserieteile.
4. Energieeinsparungen:Der koordinierte Kupplungs-/Bremsbetrieb reduziert die Energieverschwendung bei Richtungswechseln und senkt den Gesamtenergieverbrauch der Presse um weitere 15–20 % gegenüber dem, was allein durch Geschwindigkeitsregelung erreicht werden kann.

Fallstudie: VFD-Kupplungs-/Bremssystem von Siemens in der Automobilstanze

Ein großer US-amerikanischer Automobilhersteller mit einem Werk in Michigan rüstete 12 Stanzpressen auf Siemens VFD-gesteuerte Kupplungs-/Bremssysteme (Modell SINAMICS G120) um. Folgendes haben sie gefunden:

1. Aufstellen:1.200-Tonnen-Transferpressen zur Herstellung von Türverkleidungen und Kotflügeln
2. Herausforderung:Inkonsistente Teilequalität aufgrund schlechter Kupplungs-/Bremssynchronisation, was zu einer Ausschussquote von 8 % führt
3. Lösung:Installieren Sie den Siemens VFD mit integriertem Kupplungs-/Bremssteuermodul, verbunden mit der SPS SIMATIC S7-1200
4. Ergebnisse:

Die Ausschussrate sank von 8 % auf 1,2 % (Verbesserung um 85 %).

Die Zykluszeit wurde ohne zusätzlichen Energieverbrauch um 12 % erhöht (von 8 auf 9 Hübe pro Minute).

Wartungskosten für Kupplungen und Bremsen jährlich um 40 % reduziert

Die Bedienersicherheit wurde durch die Reduzierung von Vorfällen durch „unbeabsichtigte Bewegungen“ verbessert

Energiespeicherlösungen mit Siemens VFDs in der Metallumformung

Metallschmieden und -stanzen sind energieintensive-Vorgänge mit hohem Spitzenstrombedarf, was zu Folgendem führen kann:

• Höhere Stromkosten (aufgrund von Leistungsabgaben)
• Belastung der örtlichen Stromnetze
• Produktionsunterbrechungen bei Stromschwankungen
• Beim Bremsen und Abbremsen wird Energie verschwendet

Die VFD-Technologie von Siemens geht diese Probleme an, indem sie fortschrittliche Energiespeicherlösungen ermöglicht, die Energie innerhalb des Systems erfassen, speichern und wiederverwenden, wodurch die Abhängigkeit vom Netzstrom verringert und die Kosten gesenkt werden.

Wie Siemens VFDs die Energiespeicherung in der Metallverarbeitung ermöglichen

1. Regeneratives Bremsen:Siemens VFD erfasst die beim Abkanten erzeugte Energie (die andernfalls als Wärme verschwendet würde) und speist sie in ein Energiespeichersystem (Batterien oder Ultrakondensatoren) zurück. Diese zurückgewonnene Energie kann für den nächsten Zyklus wiederverwendet werden, wodurch der Netzenergieverbrauch um 25–35 % gesenkt wird.
2. Spitzenlastmanagement:Der Antrieb arbeitet mit Energiespeichern, um den Spitzenstrombedarf zu begrenzen und so kostspielige Bedarfsgebühren zu vermeiden, die in der Schwerindustrie 30 % der Stromrechnungen ausmachen können. Ein Siemens VFD mit Energiespeicher kann den Spitzenbedarf bei hochintensiven Einsätzen um bis zu 50 % reduzieren.
3. Schutz vor Stromausfällen:Bei kurzen Stromunterbrechungen hält die gespeicherte Energie kritische Systeme am Laufen und verhindert so Produktionsausfälle und teure Ausfallzeiten. Abhängig von der Energiespeicherkapazität kann Siemens VFD den Betrieb bei Ausfällen 10 bis 60 Sekunden lang aufrechterhalten.

Siemens VFD und UltraCap-Energiespeicher in einem japanischen Presswerk

Ein Stanzwerk in Osaka, Japan, das auf Komponenten für Elektrogeräte spezialisiert ist, installierte einen Siemens VFD (SINAMICS S120) mit Siemens UltraCap-Energiespeichermodulen, um hohe Energiekosten und Probleme mit der Stromqualität zu bewältigen. Hier ist die detaillierte Implementierung:

Systemkonfiguration:

• 4 Stanzpressen (je 200-300 Tonnen)
• Siemens VFD SINAMICS S120 mit Zwischenkreiskopplung zur Energieteilung zwischen Pressen
• 3 UltraCap DLC-Module (Gesamtkapazität: 150 kWh) zur Energiespeicherung
• SIMATIC S7-1500 SPS zur zentralen Steuerung und Überwachung

Leistungsdaten:

• Energieeinsparungen: Reduzierung des Netzenergieverbrauchs um 32 % (von 1.200 MWh/Monat auf 816 MWh/Monat)
• Reduzierung des Spitzenbedarfs: 48 % geringere Spitzenleistung (von 650 kW auf 338 kW)
• Kapitalrendite: 18-monatige Amortisationszeit durch Energie- und Leistungseinsparungen
• Produktionszuverlässigkeit: 99,9 % Betriebszeit auch bei drei Stromausfällen (jeweils 5–12 Sekunden)

Warum sollten Sie sich für Siemens VFD für Ihre Metallschmiede- und Stanzanforderungen entscheiden?

Wenn es um Metallumformvorgänge geht, zeichnet sich Siemens VFD aus mehreren wichtigen Gründen aus:

• Bewährte Leistung:Mit über 100 Jahren Erfahrung in der Antriebstechnik verfügt Siemens über eine Erfolgsgeschichte der Zuverlässigkeit in den härtesten Industrieumgebungen.
• Umfangreiches Portfolio:Von kleinen SINAMICS G120-Antrieben für leichtes Stanzen bis hin zu massiven PERFECT HARMONY-Mittelspannungsantrieben für schweres Schmieden hat Siemens einen Frequenzumrichter für jede Anwendung.
• Erweiterte Funktionen:Integrierte-Sicherheitsfunktionen, Tools zur Energieoptimierung und die einfache Integration in Siemens-SPS-Systeme machen die Implementierung einfach und effektiv.
• Globaler Support:Siemens bietet rund um die Uhr technischen Support und Schulungen und stellt so sicher, dass Ihr VFD-System während seines gesamten Lebenszyklus den maximalen Wert liefert.

Abschluss

Die VFD-Technologie von Siemens verändert Metallschmiede- und Stanzvorgänge, indem sie Schwungradantriebe optimiert, die Kupplungs-/Bremskoordination verbessert und fortschrittliche Energiespeicherlösungen ermöglicht. Mit messbaren Vorteilen wie 30–40 % Energieeinsparungen, 30–50 % geringeren Wartungskosten und verbesserter Teilequalität bieten diese Antriebe eine schnelle Kapitalrendite und machen den Betrieb gleichzeitig nachhaltiger.

Wenn Sie in der Metallumformungsindustrie tätig sind, ist es jetzt an der Zeit, über ein Upgrade auf die VFD-Technologie von Siemens nachzudenken. Ganz gleich, ob Sie ein vorhandenes Schwungradsystem optimieren, die Kupplungs-/Bremskoordination verbessern oder Energiespeicher zur Kosteneinsparung implementieren möchten, Siemens hat die Lösung für Ihre Anforderungen. Denken Sie daran, dass in der heutigen wettbewerbsintensiven Fertigungslandschaft Präzisionssteuerung und Energieeffizienz nicht nur „nebenbei“-zu{3}haben-sind, sondern von entscheidender Bedeutung für den Erfolg. Und Siemens VFD ist Ihr Schlüssel, um beides zu erreichen.