Dezentrale Antriebe

Andreas Mühlbauer,

Wenn der Funke überspringt

Die Oberfläche von Karosserieteilen im Automobilbau muss perfekt sein. Grundlage sind hochgenau texturierte Walzen, die die Blechteile für die Verarbeitung vorbereiten. Mit Lichtbögen bearbeiten Texturiermaschinen die Walzen hochpräzise. Nun wurden die Maschinen optimiert und auf dezentrale Antriebstechnik umgerüstet.

Die Elektroden der Texturiermaschine müssen im exakten Abstand zur Walze positioniert werden. © Baumüller

Baumüller hat zusammen mit seinem Kunden, der Maschinenfabrik Herkules, eine EDT-Maschine (Electrical Discharge Texturing) auf dezentrale Antriebstechnik umgestellt. Die Umstellung hat die Effizienz der Maschine gesteigert, den Verkabelungsaufwand sowie die Aufstellfläche verringert, die Servicefreundlichkeit verbessert und die Installation vereinfacht.

Die Herkules-EDT-Maschine bearbeitet per Funkenextrusion die Oberfläche von Stahlwalzen, die wiederum für die Blechbearbeitung 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 Texturiermaschinen von Herkules zeichnen sich durch hohe Leistungsfähigkeit, Produktivität und Verfügbarkeit aus und erfüllen hohe Ansprüche an die Genauigkeit. Die Maschinen decken die verschiedensten Walzengrößen und Durchmesser ab.

Struktur in der Oberfläche

Zur Bearbeitung liegt die Walze in einem Bad aus Dielektrikum, meist nichtleitendes Öl. Sie wird in einen Spindelstock eingesetzt und von einem DA1-Hauptantrieb mit b-maXX-5100-Netzwechselrichter und b-maXX-5300-Achseinheiten von Baumüller in rotierende Bewegung um die Längsachse versetzt. Servomotoren fahren die Elektroden an die Walze heran. 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, kommt es zu einer definierten Entladung. Der dabei entstehende Lichtbogen brennt einen mikroskopisch kleinen Krater in die Oberfläche. Die Struktur lässt sich dabei genau programmieren, sodass 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 stetig nachgeregelt werden. Hier kommen in der neusten Generation der EDT-Maschinen die dezentralen Baumüller-Antriebe b maXX 2500 zum Einsatz. Durch die minimale Nachjustierung der Elektrodenposition können die Antriebe aufspannungsbedingte Rundlauftoleranzen der Walze ausgleichen.

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Die dezentralen Antriebe

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 in die Hände. Außerdem lassen sich so die Effizienz im Anlagenbau verbessern, die Kosten für die Verkabelung senken und die Kompaktheit steigern.

Die dezentralen Antriebe mit Hybridanschlusstechnik. © Baumüller

Wichtigste Anforderung an die Antriebe, die die Elektroden an die Walze heranfahren, 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. Diese 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.

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 lassen sich schnell austauschen. Durch die Verlagerung der Umrichter aus dem Schaltschrank direkt zum Motor entfallen externe Motorhauptanschluss- und Geberleitungen. Somit lassen sich EMV-Maßnahmen mit signifikant geringerem Aufwand umsetzen. Die Kombination der dezentralen Antriebstechnik mit einer Einspeiseeinheit mit integrierter sicherer Zwischenkreisabschaltung macht die Sicherheitsfunktion STO einfach umsetzbar. Ein weiterer wichtiger Vorteil 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. Die geringere Schaltschrankgröße führte außerdem zu einer insgesamt reduzierten Aufstellfläche der Maschine.

Umstellung ohne Neukonstruktion

Die Umstellung der Anlage 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.

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.

Partnerschaft von Familienunternehmen

Besonders zu schätzen weiß Herkules, dass Baumüller bei seinen Produkten auf Customized Standard setzt. So lassen sich Produkte in gewissem Rahmen flexibel gestalten, es besteht eine hohe Optionsvielfalt. Das kommt den individuellen Maschinen der Maschinefabrik 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.

Die Walze liegt in einem Bad aus nichtleitendem Dielektrikum. © Baumüller

Der Anstoß, auf dezentrale Antriebstechnik umzustellen, hat sich für Herkules und seine Kunden ausgezahlt. Die Umstellung war einfach und die Vorteile sind deutlich spürbar. Die Herkules-EDT-Maschinen werden in Zukunft standardmäßig mit den dezentralen Antrieben ausgestattet.

Susanne Reinhard, Presse- und Öffentlichkeitsarbeit, Baumüller

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