High-Speed-Blechzuführung

Energiezuführung - Die Nutzung von Linearmotoren setzt Maßstäbe in Sachen Leistung und Geschwindigkeit bei der Handhabung von Blechplatinen in Presswerken. Welche Anforderungen müssen Energiezuführungen in diesem Prozess erfüllen?

11. Oktober 2005

Die Produktion eines Autos beginnt im Presswerk: Riesige Transferpressen bringen die Blechplatinen in mehreren Schritten so in Form, dass sie anschließend zu Seitenteilen, Heckklappen, Türen und anderen Karosserieteilen verschweißt werden können. Moderne Presswerke arbeiten mit hohen Taktraten: Durch die komplexe Kinematik der Transfersysteme, die die Teile von einer Pressenstufe zur nächsten ›weiterreichen‹, werden hohe Taktraten erreicht. Bis zu 14 Mal pro Minute hebt und senkt sich der Pressenstößel, der mit hohen Umformkräften die Bleche formt. In den vorgelagerten Prozessschritten, wie zum Beispiel den Blechzuschnitten, werden sogar noch höhere Taktraten erreicht. Bei solchen Leistungen muss die Zuführung der Bleche mit sehr hohen Geschwindigkeiten erfolgen. Genau dies ist ein Aufgabenfeld für die Strothmann GmbH im westfälischen Schloss Holte-Stukenbrock. Die Platinenlader dieses Unternehmens vereinzeln die gestapelten Blechplatinen und legen sie auf ein Zuführband zur Transferpresse oder zur Blechschneideanlage. Mit der Nutzung der Linearmotor-Technik hat Strothmann kürzlich die Dynamik der Platinenlader nochmals deutlich erhöht. Augenscheinlich an der neuen Antriebstechnik: An den Horizontal- und Vertikalachsen sind keine Zahnriemen oder andere Kraftübertragungselemente zu erkennen. Auf sie kann man verzichten, denn die Achsen werden direkt über einen Linearmotor angetrieben. Rotor und Stator eines konventionellen Elektromotors sind bei diesem Antriebskonzept, welches zuerst in Werkzeugmaschinen zum Einsatz kam, nicht um eine Drehachse, sondern linear angebracht ? zum Beispiel am Portal der Vertikalachse des Platinenladers. Ein lineares Wanderfeld sorgt berührungslos für den Vortrieb des magnetisch schwebenden, schienengeführten Schlittens. Das hat deutliche Vorteile im Alltagseinsatz der Feeder. Derek Clark, Leiter Vertrieb & Marketing der Strothmann GmbH: »Durch den Wegfall drehender Teile und die Reduzierung der Anzahl mechanischer Komponenten ergeben sich ein besonders ruhiger und vibrationsarmer Lauf sowie ein geringerer Verschleiß.« Diese Vorteile sind nicht zu unterschätzen, denn die Platinenlader arbeiten kontinuierlich im Dreischichtbetrieb. Ausfälle darf man sich nicht leisten, unter Umständen steht dann das gesamte Presswerk still.

Mindestens ebenso wichtig wie die Verfügbarkeit aber ist die Erhöhung der Dynamik: Die Nutzung der Linearmotor-Technologie hat einen echten Leistungssprung zur Folge. Derek Clark: »Wir erreichen Geschwindigkeiten bis 6 m/s in der Horizontalachse ? das ist fast doppelt so schnell wie bei einem Feeder mit Zahnriemenantrieb ? und 2 m/s in der Vertikalen, und das bei Nutzlasten bis 250 kg. Die Beschleunigung ist mit bis zu 20 m/s2 rund zweimal so hoch wie bei einem konventionellen Feeder.« Zugleich ist die Wiederholgenauigkeit der Positionierung mit +/- 0,1 mm sehr hoch, und auch die Sicherheitsanforderungen werden berücksichtigt. Ein integrierter Gewichtsausgleich und eine Absturzsicherung verhindern bei Spannungsabfall ein plötzliches Absenken der Last.

Aufgrund dieser Leistungssteigerung können die MagShuttle-Feeder nicht nur schneller arbeiten ? zumal man zwei Vertikalachsen mit überlappenden Arbeitsbereichen auf einem gemeinsamen Horizontalträger anordnen kann und damit die Leistung nochmals verdoppelt. Durch die hohen Horizontalgeschwindigkeiten und den Verzicht auf den Zahnriemen können weiter die Feeder auch sehr große Entfernungen schnell überbrücken ? damit ergeben sich ganz neue Layout-Möglichkeiten der Anlage. Für die Blechzuführung einer Schnittpresse entwickelte und lieferte Strothmann einen Platinenlader, der beim Auflegen der Platinen aufs Band mit einem üblichen Arbeitsspiel von 2 bis 2,50 Metern auskommt. Beim Tooling-Wechsel legt die Achse aber 13 Meter zurück. Solche Verfahrwege sind mit Zahnriemenantrieben, bei der hohen Präzision und Dynamik, nicht möglich.

All diese Möglichkeiten lassen sich jedoch nur nutzen, wenn die Energiezuführung auf die hohen Geschwindigkeits- und Beschleunigungswerte hin abgestimmt ist und auch über größere Distanzen eine kontinuierliche, zuverlässige Versorgung mit Energie, Druckluft, Kühlmedium und Steuerinformationen erlaubt. Strothmann verwendet bei den Platinenladern ? und auch bei anderen Handlingsystemen mit Lineartechnik ? igus-Energieketten der Baureihe E6, die sich bei vielen hochdynamischen Einsätzen bewähren. Dass die Energieketten der MagShuttle-Anlagen hohen Beanspruchungen standhalten müssen, haben die Strothmann-Entwickler auch bei der Auswahl des Lieferanten berücksichtigt. In den Prototypenanlagen kam die Energiezuführung eines Wettbewerbers zum Einsatz, die aber letztlich aus Gründen der Verfügbarkeit nicht überzeugen konnte. Dipl.-Ing. Rainer Massow, technischer Leiter der Strothmann GmbH: »Unsere Kunden verlangen von uns klare Aussagen zur Verfügbarkeit und Lebensdauer der Anlagen. Um hier genaue Angaben machen zu können, benötigen wir die entsprechenden Daten der Zulieferkomponenten ? auch der Energieketten.« Da die Igus-Energieketten eine lange Lebensdauer auch bei hohen dynamischen Belastungen aufweisen, werden sie bei MagShuttle-Systemen und anderen Strothmann-Handling-Anlagen eingesetzt.

Vibrationsarmer Lauf

Die E6-Baureihe bietet neben der langen Lebensdauer zahlreiche weitere Vorteile. So zeichnet sie sich durch einen extrem leisen, vibrationsarmen Lauf aus ? damit passt sie gut zum ebenfalls vibrationsarmen Antriebskonzept des Linearmotors. Einen weiteren Vorteil sehen die Strothmann-Konstrukteure im modularen Aufbau der E6-Energieketten: Die Energiezuführung kann beliebig verkürzt und verlängert werden. Charakteristisch für die E6 ist das Feder­element aus Kunststoff, welches die einzelnen Seitenteile zu einer robusten Energieführung verbindet. Der Verbinder zeigt auch nach weit über zehn Millionen Biegewechseln keinerlei Verschleißerscheinungen. Selbst im Nachhinein, bei der Montage vor Ort, kann man die Kette noch an die individuellen Gegebenheiten anpassen. Rainer Massow: »In der Praxis kommt es hin und wieder vor, dass die Energiekette verlängert bzw. verkürzt werden muss. Mit der E6-Baureihe kann unser Inbetriebnahme- und Servicepersonal diese Anpassung in kürzester Zeit selbst vornehmen.«

André Kluth, Igus

Erschienen in Ausgabe: 07/2005