Der Funke springt über – präzise und dezentral positioniert

Die Oberfläche macht’s. Perfekt muss sie sein, die Oberfläche von Karosserieteilen im Automobilbau. Grundlage sind hochgenau texturierte Walzen, die die Blechteile für die Verarbeitung vorbereiten.

Mit Lichtbögen bearbeiten die Texturiermaschinen der Maschinenfabrik Herkules die Walzen hochpräzise. Der Antriebsspezialist Baumüller hat nun bei der Optimierung der Maschinen mit der Umrüstung auf dezentrale Antriebstechnik unterstützt.

Der Spezialist für Antriebstechnik Baumüller hat zusammen mit seinem Kunden, der Maschinenfabrik Herkules, eine EDT-Maschine (EDT = Electrical Discharge Texturing) auf dezentrale Antriebstechnik umgestellt. Die Umstellung steigerte die Effizienz der Maschine, verringerte den Verkabelungsaufwand, verbesserte die Servicefreundlichkeit, reduzierte die Maschinenaufstellfläche und vereinfachte die Installation.

Die TexturiermaschineDie Texturiermaschine / Bild: Herkules

Die Texturiermaschine

Die Herkules-EDT-Maschine bearbeitet per Funkenextrusion die Oberfläche von Stahlwalzen, die wiederum für die Bearbeitung von Blech eingesetzt werden. Die Struktur der Walze überträgt sich auf das Blech und verbessert so dessen Eigenschaften beim Lackieren und Tiefziehen. Zusätzlich verlängert die Strukturierung der Oberfläche die Lebensdauer der Walzen. Die von Herkules angebotenen Texturiermaschinen zeichnen sich durch ein hohes Maß an Leistungsfähigkeit, Produktivität und Verfügbarkeit aus und erfüllen höchste Ansprüche an die Genauigkeit. Herkules deckt mit seinen Maschinen die verschiedensten Walzengrößen und Durchmesser ab.

Zur Bearbeitung liegt die Walze in einem Bad aus Dielektrikum, meist nicht-leitendes Öl. Die Walze wird in einen Spindelstock eingesetzt und von einem DA1-Hauptantrieb mit b maXX 5100 Netzwechselrichter und b maXX 5300 Achseinheiten von Baumüller angetrieben, in rotierende Bewegung um die Längsachse versetzt. Die Elektroden werden mit Servomotoren an die Walze herangefahren. Generatoren erzeugen an den Elektroden eine Spannung, die zwischen dem Minuspol an der Walze und dem Pluspol an der Elektrode ein elektrisches Feld erzeugt. Ist der Abstand korrekt, dann kommt es zu einer definierten Entladung. Der dabei entstehende Lichtbogen brennt einen mikroskopisch kleinen Krater in die Oberfläche. Die Struktur kann dabei ganz genau programmiert werden, so dass eine homogene Oberflächenqualität entsteht. Die zulässigen Toleranzen bei der Bearbeitung sind sehr eng. Entscheidend für eine perfekte Oberfläche ist der Abstand zwischen der Walze und den einzelnen Elektroden, die Entfernung muss hier stetig nachgeregelt werden. Hier kommen in der neusten Generation der EDT-Maschinen die dezentralen Antriebe b maXX 2500 von Baumüller zum Einsatz. Durch die minimale Nachjustierung der Elektrodenposition können die Antriebe aufspannungsbedingte Rundlauftoleranzen der Walze ausgleichen.

Die technischen Daten der Herkules Texturiermaschinen:

  • Erzielte Oberflächengenauigkeiten: 0,5 bis über 15 µm
  • Walzengewicht bis 10 t
  • Walzendurchmesser bis 800 mm
  • Bearbeitung von über 1.200 Walzen/Monat

Die dezentralen Antriebe

Vorderansicht der Maschine mit den Elektroden
Rückansicht mit den dezentralen Antrieben mit Hybridanschlusstechnik
Links die Vorderansicht der Maschine mit den Elektroden, die im exakten Abstand zur Walze positioniert werden müssen. Rechts die Rückansicht mit den dezentralen Antrieben mit Hybridanschlusstechnik.

Dezentrale Antriebskonzepte verlagern die Regelungs- und Leistungselektronik aus dem Schaltschrank hin zum Antrieb. Optimierte Kühlkonzepte und Innovationen bei den Leistungsteilen haben der dezentralen Antriebstechnik den Weg geebnet. Das spielt dem Trend hin zur Maschinenmodularisierung direkt in die Hände. Außerdem können so die Effizienz im Anlagenbau verbessert, die Kosten für die Verkabelung gesenkt und die Kompaktheit gesteigert werden.

Die dezentralen Antriebe, die Baumüller in die Herkules Texturiermaschine integrierte, fahren die einzelnen Elektroden an die Walze heran, so dass der Lichtbogen zur Texturierung auf die Oberfläche trifft. Wichtigste Anforderung an die Antriebe war die Positioniergenauigkeit. In der Herkules-EDT-Maschine sind für die Positionierung der Elektroden, je nach Ausbaustufe zwischen 27 und 50 dezentrale Antriebe der Baureihe b maXX 2500 verbaut. Die dezentralen Antriebe der Baureihe 2500 sind hochdynamische Servomotoren mit direkt aufgebauten Reglern. Baumüller kombiniert hier seine Servoantriebe b maXX 3300 mit den Servomotoren DSD2 und schafft so einen kompakten Positionierantrieb mit Schutzart bis IP65 und verschiedenen Verbindungsoptionen, wie Steckverbinder für Einzelkabel, Hybridkabel und Anschlussleitungen zur kundenseitigen Konfektionierung.

Die Vorteile

Die Idee für die Umstellung der Texturiermaschine von zentraler auf dezentrale Antriebstechnik wurde von Baumüller angestoßen. Ein wichtiger Vorteil, bedenkt man die große Anzahl von bis zu 50 Antrieben, ist der geringere Verdrahtungsaufwand. Durch die Umstellung fallen zahlreiche störende Kabelkanäle weg und der Verdrahtungsaufwand ist besonders durch den Einsatz des Hybrid-Steckverbinders, der DC-Zwischenkreisverbindung, Elektronikversorgung und Feldbus in sich vereint, deutlich gesunken. Auch die Servicefreundlichkeit hat sich durch Einsatz des Hybridsteckers verbessert, Antriebseinheiten können schnell und problemlos ausgetauscht werden. Durch die Verlagerung der Umrichter aus dem Schaltschrank direkt zum Motor entfallen jegliche externe Motorhauptanschluss- und Geberleitungen. Somit können EMV-Maßnahmen mit signifikant geringerem Aufwand umgesetzt werden. Durch die Kombination der dezentralen Antriebstechnik mit einer Einspeiseeinheit mit integrierter sicherer Zwischenkreisabschaltung kann die Sicherheitsfunktion STO (safe torque off) extrem einfach umgesetzt werden. Ein weiterer wichtiger Vorteil, der gewonnen wurde, ist die verbesserte Effizienz bei der Planung und im Aufbau der Herkules Maschine. Grund dafür ist zum Beispiel die Klimatisierung des Schaltschrankes, die jetzt kleiner ausfällt, da die Antriebe vom Schaltschrank weg hin zur Maschine verlagert wurden. Die geringere Schaltschrankgröße führte außerdem dazu, dass die gesamte Aufstellfläche der Maschine reduziert werden konnte.

Umstellung zentrale auf dezentrale Antriebstechnik – Die Vorteile auf einen Blick

  • Weniger Verdrahtungsaufwand
  • Höhere Servicefreundlichkeit
  • Verbesserte Effizienz bei Planung und Aufbau
  • Vermeidung von störenden Einflüssen
  • Verringerte Maschinenaufstellfläche
  • Weniger störende Kabel

Die Umstellung der Anlage von zentraler auf dezentrale Antriebstechnik war ohne mechanische Um- oder Neukonstruktion möglich. Das Flansch- und Wellenmaß der Antriebe ist gleich geblieben, auch hinsichtlich Feldbuskommunikation und Anbindung an die Maschinensteuerung mussten keine Anpassungen vorgenommen werden. Die Bediensoftware für die Antriebe ist weiterhin das bewährte ProDrive, es war keine Einarbeitung in eine neue Software notwendig. „Dank der Kompatibilität der dezentralen Antriebe zu den anderen Baumüller Servoantrieben war die Umstellung unkompliziert und schnell umsetzbar“, lobt Harald Kraft, Senior Director Electrics bei Herkules.

Die Partnerschaft

Bereits seit vielen Jahren besteht die Partnerschaft zwischen dem Antriebs- und Automatisierungsspezialisten Baumüller und der Maschinenfabrik Herkules.

Weltweit ist Herkules der führende Spezialist für Walzenbearbeitungsmaschinen. Überall dort, wo leistungsstarke Werkzeugmaschinen gefordert sind, um Werkstücke hochpräzise zu bearbeiten, sind Herkules Walzenschleif- und Drehmaschinen im Einsatz. Mit seiner über 100-jährigen Geschichte steht das Familienunternehmen für Tradition gepaart mit Innovation und der stetigen Optimierung seiner Werkzeugmaschinen.

Besonders zu schätzen weiß Herkules, dass Baumüller bei seinen Produkten auf Customized Standard setzt. So können Produkte in gewissem Rahmen flexibel gestaltet werden, es besteht eine hohe Optionsvielfalt. Das kommt den individuellen Maschinen der Maschinefabrik Herkules zugute. „Baumüller ist außerdem ein mittelständisches, familiengeführtes Unternehmen, das passt gut zur Maschinenfabrik Herkules, die ebenfalls familiengeführt ist“, sagt Harald Kraft. Auch als mittelständisches Unternehmen verfügt Baumüller weltweit über Service-Stützpunkte, die für die Betreuung der Endkunden zur Verfügung stehen.

Fazit

Die Idee ist gut. Der Anstoß auf dezentrale Antriebstechnik umzustellen, hat sich für Herkules und seine Kunden ausgezahlt. Die Umstellung war einfach und die Vorteile sind deutlich spürbar: Geringere Aufstellfläche, höhere Effizienz, geringerer Verdrahtungsaufwand, bessere Servicefreundlichkeit, usw. Die Herkules-EDT-Maschinen werden in Zukunft standardmäßig mit den dezentralen Antrieben ausgestattet.


 
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