Montageautomation: Kleiner und schneller durch Direktantriebe Linearmotoren bringen Prüfanlage auf Trab

Montageautomation: Kleiner und schneller durch Direktantriebe

Linearmotoren bringen Prüfanlage auf Trab

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Um die geforderte Taktzeit bei der Montage von Sicherungsautomaten zu erreichen, gab es beim Handling kaum eine Alternative zum Linearmotor. Nach ein paar Anlaufschwierigkeiten erfüllt die Pick-and-Place-Einheit jetzt nicht nur die strengen Vorgaben, sondern hat sogar noch 10 % Reserve.

Von unserem Redaktionsmitglied Simone Reimann – simone.reimann@konradin.de

Positive Erfahrungen mit Linearmotoren hatten Betriebsmittelkonstrukteure der Heidelberger ABB Stotz-Kontakt GmbH bereits gesammelt. Dennoch verlief bei ihrer neuen Montageanlage für Leitungsschutzschalter nicht alles nach Plan: Zwei Wochen vor dem geplanten Produktionsstart waren die Probeläufe einiger Handlings nicht zufriedenstellend. „Wir haben die geforderten Taktraten nicht erreicht“, erinnert sich Klaus Eichhorn, Leiter der Betriebsmittelkonstruktion Montage und Prüftechnik, heute. Das Problem ließ sich jedoch lösen – ein Spezialist des Antriebsherstellers G.A.S. Gesellschaft für Antriebs- und Steuerungstechnik GmbH, St. Georgen, gab die entscheidenden Tipps: Bei der Inbetriebnahme zeigte er, wie sich die Möglichkeiten des mitgelieferten Steuerungsprogramms ausreizen lassen.
Mit der Handling-Konstruktion aus zwei direktangetriebenen Achsen für die Bewegungen in der x- und y-Achse und einem pneumatischen Drehgreifer ist Eichhorn nun mehr als zufrieden. „Wir haben jetzt sogar zehn Prozent Reserve für die Taktrate, obwohl wir die einzelnen Verfahrwege in den Achsen noch gar nicht zueinander optimiert haben.“ Dieser Schritt würde zusätzliche Steigerungsmöglichkeiten bieten, falls in zukünftigen Projekten eine höhere Taktrate gefordert ist – und ist ein Beispiel für die Flexibilität des gewählten Antriebs. Um diese nutzen zu können, wollen die Heidelberger mehr Know-how in ihr Unternehmen holen. „Eine Schulung ist bereits geplant, so dass wir über die Inbetriebnahme hinaus auch eigene Steuerungsprogramme schreiben können“, fasst Eichhorn zusammen.
Eine echte Alternative zum Line-armotor hätte es seiner Ansicht nach auch kaum gegeben, um die Herausforderung für das Handling zu meistern. Denn dort entnimmt der Parallelgreifer 500 g schwere Leitungsschutzschalter von einem Stauförderer und setzt sie in die Werkstückträger eines Prüfautomaten ein. Für diesen Teil des Prozesses, der 200 mm Horizontalhub umfasst, bleiben gerade einmal 0,9 s Zeit – und da verschiedene Sicherungstypen geprüft werden, muss sie darüber hinaus auch noch flexibel sein.
„Standard-Handlings mit pneumatischen Lösungen, Zahnriemen oder Spindelantrieben kamen wegen der geforderten Geschwindigkeit, des begrenzten Bauraums und der gewünschten Flexibilität nicht in Frage“, erklärt Eichhorn. Roboter schieden aus Kostengründen aus. Machbar, aber wenig komfortabel, erschien der Einsatz eines 50 kg schweren Rotoblocks mit zwei oder vier Greifzangen. „Wir hatten diese Idee in der Hinterhand, hätten dafür aber massive Befestigungselemente in der Prüfanlage einbauen müssen – und die Bewegungsabläufe wären starr festgelegt gewesen.“
So waren die direktangetriebenen Linearachsen die klaren Favoriten bei den Konstrukteuren, zumal sie in einer anderen Maschine derselben Montageanlage gute Dienste leisten: Dort werden Kopplungsöffnungen an den Sicherungen mit kleinen Kunststoffscheiben verschlossen. Bisher wurden hier ausschließlich Kurvenscheibenantriebe verwendet, um die Bauteile zwischen zwei Stationen rasch über 500 mm zu verfahren. Auch in diesem Fall enthielt das Pflichtenheft eine Herausforderung: Hin- und Rückweg sollen in 0,8 s bewältigt werden. „So mussten wir schon hier den Schritt zum Linearmotor gehen“, erzählt Eichhorn.
Die langjährige Zusammenarbeit mit dem Hersteller G.A.S., dessen Komponenten die Heidelberger bereits für Standardhandlings verwendet hatten, erleichterte die Entscheidung für die direktangetriebenen Achsen. Dass diese die Anforderungen auch beim neuen Handling erfüllen würden, hatten Vorversuche in St. Georgen ergeben, wo die geforderten 0,9 s für die Arbeit der Pick-and-Place-Einheit unterboten wurden. Diese Werte auch mit einer Last von einem halben Kilo zu erreichen, erforderte nach dem Einbau in die Prüfmaschine dann das Know-how der St. Georgener Spezialisten.
Dennoch war Eichhorn von Beginn an überzeugt davon, dass der Ansatz mit den Direktantrieben erfolgreich sein würde – und sah keine Schwierigkeiten, neue Wege in der Konstruktion zu beschreiten. Auch die Investitionskosten werden seiner Ansicht nach nichts daran ändern, dass die Linearmotoren langfristig die Kurvenscheibenantriebe ablösen und auch in den Handling-Bereich vordringen. Die entscheidenden Vorteile sieht Eichhorn in der Flexibilität der Produktionslinie und dem deutlich reduzierten Bauraum. „Die Stationen lassen sich mit Linearmotor-Einheiten besser aufbauen, und wir kommen auch leichter an die Bereiche der Maschine heran.“
Der Hersteller G.A.S. (Halle 5, Stand 5314) betont darüber hinaus, dass die Antriebe sogar kostengünstiger seien als vergleichbare Zahnriemenantriebe mit Getriebe und AC-Servomotor. Für verschiedene Anwendungen steht ein Baukasten zur Verfügung, und die Linearachsen mit Direktantrieb werden auch auf der Messe Motek zu sehen sein. „Wir haben diese Komponenten speziell für die Montage-, Handhabungs- und Prüftechnik konzipiert und dabei auch die Leistung und die Kosten berücksichtigt“, sagt Vertriebsleiter Jürgen Krebs.
Mit ersten Praxiserfahrungen aus dem Einsatzbereich Handling ist bei ABB Stotz-Kontakt in Kürze zu rechnen, wenn die gesamte Anlage im Schicht-Betrieb laufen wird. Noch optimieren die Konstrukteure ihr System – aber es sind nicht die Linearmotoren, die jetzt ihr Know-how fordern.
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