Antriebstechnik

Andrea Gillhuber,

Intelligente Antriebe verbessern Niettechnik

Das Schweizer Unternehmen BalTec entwickelte zusammen mit dem Automatisierungsspezialisten Sigmatek ein neuartiges Antriebsmodul für effiziente und präzise Niet- und Kaltverformung.

Klaus Huber, Product Manager bei BalTec, freut sich über einen höheren Produktionsoutput dank der neuen Servotechnik. © Sigmatek

Nach vier Jahren Entwicklungszeit präsentierte das Schweizer Traditionsunternehmen BalTec seine neueste Entwicklung: „Electric“. Das Antriebsmodul zum Nieten und Pressen mit integrierter Servotechnik erfüllt zukünftige Anforderungen bezüglich Prozessgeschwindigkeit, Präzision, Kompaktheit und Flexibilität.

Die Kernkompetenz der BalTec Maschinenbau AG mit Sitz in Pfäffikon besteht darin, mittels Niettechnik Bauteile kraft- und formschlüssig miteinander zu verbinden. Eingesetzt wird die Niettechnik in praktisch allen Branchen, vor allem in der Automobilindustrie, der Beschlagindustrie, der Elektrotechnik, Elektronik, der Medizintechnik sowie im Maschinenbau. Ausgehend von der Grundfunktionalität des Radialnietverfahrens mit einer linearen Hubbewegung und der überlagerten Rotationsbewegung wurde mit einem neuen elektromechanischen Verfahren die Radial- und Taumelniettechnik revolutioniert: Es ermöglicht, unlösbare mechanische Verbindungen mit hoher Geschwindigkeit und Präzision zu erzielen. Gegenüber klassischen pneumatischen oder hydraulischen Lösungen konnte BalTec mit Einsatz der Servotechnologie die verschiedenen Maschinentypen von zwölf auf vier reduzieren, was sowohl für BalTec als auch für die Anwender die Ersatzteilhaltung wesentlich vereinfacht.

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Nieten ist nicht gleich nieten

Bei der Niettechnik unterscheidet man drei Verfahren, die je nach Anwendung eingesetzt werden. Das sogenannte Radialverfahren erkennt man an der rosettenförmigen Nietstempelbewegung. Die Verformung passiert dabei fließend und schonend mit geringer Kraft. Dadurch ergeben sich mehrere Vorteile wie eine ausgezeichnete Oberflächenstruktur der Schließköpfe, eine geringe Beanspruchung der Bauteile, eine hohe Lebensdauer von Maschinen und Werkzeugen, minimale Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück et cetera.

Die Taumelniettechnik hingegen eignet sich für Formen von größeren Durchmessern und erfordert eine gute Werkstückaufnahme, welche die Seitenkräfte absorbiert. Sie ist allerdings weniger schonend als das Radialverfahren.

Mit dem neuen Antrieb ist eine frühzeitige Prozessdiagnose durch prozessintegrierte, hundertprozentige Qualitätssicherung und Fehlererkennung möglich. © BalTec

Kein Antrieb von der Stange

Klaus Huber, Product Manager bei BalTec, war federführend bei der Entwicklung der neuen elektromechanischen Maschinengeneration Electric. „In der Evaluationsphase hatten wir bereits klare Vorstellungen was der neue Steuerungs- und Antriebslieferant mitbringen soll“, betont Huber. „Bei Sigmatek fanden wir die geforderten Kriterien. Dazu gehörte in erster Linie Flexibilität, was die Antriebstechnik betrifft. Ein Antrieb von der Stange kam für unsere Niettechnik nicht infrage, da zwei AC-Servomotoren kompakt in einem Gehäuse integriert sind. Der Antrieb ist nun eine patentierte Spezialanfertigung aus dem Hause BalTec.“ Der Spezialantrieb besteht aus einem Motor für die Linearbewegung und einem weiteren für die Drehbewegung des Prozesskopfes. Zur Temperaturüberwachung sind alle Statoren mit Thermofühlern ausgestattet. Insgesamt kommen drei Wegmesssysteme für die Linearachse zum Einsatz, davon sind zwei sicherheitsrelevant. Die verschiedenen Prozessköpfe lassen sich mit wenigen Handgriffen austauschen. Mit einer Spindel wird eine verstellbare Vorschubgeschwindigkeit von 1 bis 140 mm/s und eine Kraft von 3 bis 15 kN erreicht. Die zwei Servoregler und Leistungsteile zur Ansteuerung der Motoren inklusive Netzfilter und Netzdrossel sind in einem Gehäuse eingebaut, was den Footprint im Schaltschrank reduziert. Unter dem Strich ergeben sich für die Anwender durch den Einsatz von Servoantrieben gegenüber den klassischen pneumatischen und hydraulischen Lösungen Vorteile:

  • höherer Produktionsoutput (bis zu Faktor 2),
  • kurze Zykluszeiten,
  • geringere Wartungskosten,
  • kompakte Bauform erlaubt engere Positionierung in Anlagen,
  • Energieeinsparungen im Vergleich zu pneumatischen/ hydraulischen Systemen,
  • Investitionsschutz durch dynamische und flexible Adaptierung an neue Produkte und Produktionsanforderungen,
  • frühzeitige Prozessdiagnose durch prozessintegrierte, hundertprozentige Qualitätssicherung und Fehlererkennung.

Alles unter Kontrolle

Das modulare, hochkompakte S-DIAS-Automatisierungssystem von Sigmatek findet in jedem Schaltschrank seinen Platz. © Sigmatek / BalTec

„Ein weiterer Vorteil gegenüber den bisherigen Lösungen besteht darin, dass während des Nietprozesses die Sigmatek-S-DIAS-Steuerung in Echtzeit auf die Motorparameter zugreifen kann. So erreicht der Kunde wesentlich präzisere Ergebnisse beim Umformen. Auch Aufzeichnung, Visualisierung und Speicherung von Prozessdaten und Kraft-/Weg-Prozesskurven für den Nietvorgang sind einfach möglich“, betont Huber. Die erfassten Prozessdaten sind beispielsweise in der Automobilbranche für die Rückverfolgbarkeit wichtig. Für den Kunden ergeben sich dadurch folgende Vorteile:

  • Einhaltung und Überprüfung von vordefinierten Qualitätsmerkmalen,
  • Qualitätsnachweis durch lückenlose Dokumentation des Prozesses,
  • Reduktion von Ausschuss- und Nachbesserungskosten,
  • reduzierte Prozesszeiten dank dynamischer Werkstückerkennung,
  • Relevanz für Prozessfähigkeitsnachweis und Produkthaftpflicht.

Für den schnellen Datenaustausch zwischen der Steuerung und dem Servodrive SDD 210 kommt der Echtzeit-Ethernet-Bus Varan zum Einsatz, der mit Schnelligkeit und Datensicherheit punktet.

BalTec entwickelte zusammen mit einem weiteren Partner für die „Electric“ und die elektrischen Maschinen eine neue, zu Windows 10 kompatible Bedienoberfläche HPPi. Das HMI-Portal unterstützt den User bei der sicheren, effizienten und produktiven Nutzung der Maschinen. Eine offene, bidirektionale Datenschnittstelle erleichtert die Kommunikation mit einem übergeordneten Leitsystem und erfüllt so die Standards für Industrie 4.0. Für die reine Maschinenbedienung ist das HMI nicht notwendig. Sind die Parameter definiert, arbeitet sie autonom.

Sicherheitstechnik implementiert

Von klein bis groß: Sigmatek bietet für jede Antriebsaufgabe die passende Drive-Technologie. © Sigmatek

„Alles aus einer Hand, kompakt und modular: Das waren unsere Vorstellungen für das Steuerungskonzept. Das heißt, SPS, Drive, Safety sowie eine komfortable Entwicklungsumgebung waren ebenfalls wichtige Entscheidungskriterien“, führt Huber weiter aus. „Die Sicherheitsstufe unserer Nietmaschinen entspricht derjenigen einer Presse, deshalb legten wir speziell ein großes Augenmerk darauf. Ein enormer Vorteil der Sigmatek-Lösung ist, dass die Sicherheitsmodule nicht nur in die Steuerungshardware, sondern auch in die Software vollständig integriert sind. Unsere Nietmaschinen sind oft in einen voll automatisierten Fertigungsprozess eingebunden. Die Kommunikation funktioniert in diesen Fällen über digitale Ein- und Ausgänge.

Es wird allerdings vermehrt über Ethernet-Schnittstellen mit OPC-UA-Protokoll mit unseren Maschinen kommuniziert. Auch diese Verbindung ist mit der Sigmatek-Steuerung einfach möglich. Bei unseren Nietmaschinen werden in gewissen Fällen die zu bearbeitenden Werkstücke von Hand eingelegt. Nun spielt es für BalTec keine Rolle, ob für die Sicherheit beim Einlegeprozess ein Lichtschutzgitter oder eine Schutztür mit Sicherheitskontakten zum Einsatz kommt. Der Kunde hat die Wahl. Bei unerlaubten Eingriffen durch das Bedienpersonal kommen die integrierten Sicherheitsfunktionen STO (Safe Torque Off) und SOS (Safe Operation Stop) zum Einsatz.“

Nicht nur die Technologie war entscheidend

Für die Neuentwicklung einer Maschinengeneration wie der „Electric“ von BalTec spielen bei der Auswahl des Partners für Steuerungs- und Antriebstechnik auch Softskills eine wesentliche Rolle. „Wir von BalTec hatten die Ideen und das Wissen, was unsere Kunden in Zukunft brauchen, zudem die Vorstellung, wie die neue Maschine aussehen soll. Sigmatek verfügte, neben der Hardware und den Tools, auch über das notwendige Technologie-Know-how “, resümiert Huber. „Weiter waren für den Projekterfolg Faktoren wie Flexibilität bei der Antriebslösung, Offenheit bei den innovativen Safety-Anforderungen sowie eine große Portion Interesse entscheidend.“

Ingrid Traintinger, Leitung Kommunikation bei Sigmatek / ag

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