Schlank und dynamisch

Maschinenelemente

Hubtechnik – Mit Hub-Dreh-Modulen von Tretter konstruiert Philipp Hafner eine kompakte Fertigungs- und Messanlage für schnelle Prozesse. Dank der dynamischen Maschine erreichen Anwender schnelle Taktraten und eine hohe Energieeffizienz.

02. Februar 2018

Messtechnik wird in der Fertigung immer mehr zu einem entscheidenden Faktor. Davon profitiert auch die Philipp Hafner GmbH & Co. KG aus Fellbach. »Die Anforderungen an Messtechnik sind in den vergangenen Jahren deutlich gestiegen«, resümiert deren geschäftsführende Gesellschafterin Ulla Böhringer. »Vor allem in der Automobilindustrie werden die Toleranzen bei den Bauteilen immer enger, gleichzeitig nimmt die Variantenvielfalt der Werkstücke zu.«

Die Kernkompetenz des schwäbischen Unternehmens liegt in der taktilen Messung eng tolerierter Werkstücke: Die Maschinen erfassen präzise die Geometrie dreidimensionaler Teile. Erforderlich ist dies unter anderem für kontrollierte Produktionsabläufe. Die Besonderheit ist, dass diese Anlagen bei den Kunden nicht in klimatisierten Messräumen stehen, sondern direkt in Fertigungslinien integriert sind. Damit müssen sie auch bei Temperaturschwankungen oder verschmutzten Oberflächen verlässlich ihren Dienst verrichten, denn schon kleinste Abweichungen von den zulässigen Werten können die Prozesse stören oder zu Schäden führen.

Ein starkes Argument für ihr Unternehmen ist laut Ulla Böhringer die hohe Beratungskompetenz. »Wir können Systeme erarbeiten, die genau den Wünschen und Anforderungen unserer Kunden entsprechen.«

Dazu gehört auch ein neues Konzept einer vollautomatischen Anlage – vor allem für Kolben in Verbrennungsmotoren. Sie kann diese nicht nur messen, sondern auch Kolbenringe, Bolzen und Sicherungsringe montieren sowie die Kolben wiegen, mit Tinte oder Laser beschriften und abschließend mittels Kameratechnik prüfen.

»Weil es sich dabei nicht um eine klassische Sondermaschine für die Fertigungsmesstechnik handelt, erzielen wir mit diesem System eine innovative Neuentwicklung«, erläutert Tim Eißele, Projektleiter Konstruktion bei Philipp Hafner. Die Entwicklung besteht aus einem bis zu 100 Meter langen Transportsystem mit Werkstückträgern. Dieses verbindet einzelne Stationen, die der Anwender ganz nach seinen Anforderungen anpassen und bei Bedarf jederzeit erweitern kann. »Der Kunde erwartet eine hohe Bearbeitungsqualität in extrem kurzer Zeit.«

Über eine Einzugseinheit wird der Werkstückträger vom Transportsystem in die Station gezogen und dockt dort an. Eine Aufnahme fährt von unten durch eine Bohrung durch ihn hindurch und hebt den Kolben so weit hoch, bis er die Montageposition für den jeweiligen Kolbenring erreicht. »Je nachdem, um welche Station es sich handelt, muss das Werkstück aber noch in eine bestimmte Winkellage positioniert oder um 360Grad gedreht werden. Alle Bewegungen müssen dabei schnell und dynamisch erfolgen, um die geforderten Taktraten zu erfüllen«, erläutert Eißele.

Fündig geworden

Bei Recherchen nach passenden Komponenten, die diese Bewegungen ausführen können, stieß das Konstruktionsteam auf die neuen Hub-Dreh-Module seines Zulieferers Tretter aus dem knapp 40 Kilometer entfernten Rechberghausen. Bei diesen kompakten Elementen bildet die Spindel gemeinsam mit der Drehmomentwelle eine Einheit. Damit können sie sowohl separate als auch kombinierte Bewegungsabläufe wie Positionierungs-, Linear- und Drehbewegungen umsetzen. »Für Translation und Rotation benötigen konventionelle Lösungen meist zwei Elemente«, weiß Holger Schmidt, technischer Verkauf bei Tretter, der Philipp Hafner bei diesem Projekt betreut.

Eine Linearführung setzt dabei die vertikale, eine Spindelachse die horizontale Bewegung um, ein Drehlager übernimmt die Rotation. Die Hub-Dreh-Module benötigen wenig Platz, und die Antriebe können wegen des geringeren Gewichts deutlich kleiner dimensioniert werden. Konstrukteure setzen damit dynamische Anwendungen um und erzielen gleichzeitig positionsgenaue Bewegungsabläufe.

»Mit den Hub-Dreh-Modulen haben wir unser Spektrum an Drehmomentkugelbuchsen und -wellen erweitert«, erläutert Holger Schmidt. »Diese Einheiten übertragen bei gleichzeitiger Translation Drehmomente und können diese abstützen.« Tretter kombiniert dazu einen Kugelgewindetrieb mit einer Drehmomentbuchse. Wie beim Kugelgewindetrieb ist auf einer Vollwelle eine Wendelnut eingeschliffen, dazu kommen vier Längsnuten wie bei der Drehmomentwelle. Auf dieser Welle sind zwei drehbar gelagerte Flanschmuttern angeordnet.

Eine Mutter übernimmt die Funktion einer Kugelgewindetrieb-Mutter, die andere die Funktion einer Drehmomentbuchse. Beide werden jeweils von einem Servomotor mittels Zahnriemen angetrieben.

Wird im Fertigungsprozess nur die Spindelmutter angetrieben, erfolgt eine reine Hubbewegung der Welle und der Kolben wird angehoben. Werden beide Muttern synchron angetrieben, ergibt sich eine reine Drehbewegung der Spindel.

Hohe Taktraten erreichen

Um die verschiedenen Bewegungsabläufe umzusetzen, ist bei den Hub-Dreh-Modulen nur eine Welle erforderlich. Ist diese als Hohlwelle ausgeführt, kann die Energiezuleitung einfach hindurchgeführt werden. »Mit den Hub-Dreh-Modulen haben wir für diese Anlage eine standardisierte Möglichkeit geschaffen, Bauteile vom Werkstückträger den einzelnen Bearbeitungszellen zuzuführen«, sagt Tim Eißele. Dies trägt erheblich dazu bei, die geforderten hohen Taktraten zu erreichen.

Zudem sind die Module leicht zugänglich, denn im Vergleich zu konventionellen Lösungen ist das Hub-Dreh-Modul schlanker und leichter. Aufwendige Mechanik entfällt. Das erhöht auch die Sicherheit. »Wir haben nur eine Spindel, die hoch und runter fährt und sich dreht – von der Masse her völlig unkritisch«, betont Eißele. »Würde die Konstruktion mehrere Kilogramm wiegen, müsste sie entsprechend abgesichert sein.«

Partner wie Tretter sind für Hafner sehr wichtig. »Wir bekommen nicht nur entscheidende Impulse, wir können auch effizienter konstruieren«, sagt Ulla Böhringer. »Auf Tretter setzen wir seit über zwei Jahrzehnten und schätzen die Verlässlichkeit und die hohe Qualität der Produkte.« Durch die räumliche Nähe kann Tretter schnell ein Ersatzteil liefern. Darüber hinaus spart der Anwender dank der neuen Hub-Dreh-Module Platz und durch die schlanke Bauweise auch Energie ein. mk

Erschienen in Ausgabe: 01/2018