Innovative Antriebstechnik macht ein neues Rotationslasersystem dynamisch, präzise und zuverlässig. So lässt sich die Produktion von Rotationsstanzformen verbessern.
Um Stanzformen und Thermoform-Werkzeuge für die Verpackungsindustrie herzustellen, hat die Karl Marbach GmbH & Co. KG eine Rotationslaserschneidanlage mit elf interpolierenden, simultan agierenden Achsen entwickelt. Bei der neuen Twin-Las-Maschine legten die Heilbronner besonderen Wert darauf, von den Möglichkeiten innovativer Steuerungs- und Antriebstechnik zu profitieren: Einfache Bedienbarkeit sollte zu wesentlich verkürzten Inbetriebnahmezeiten führen, und hohe Präzision und Geschwindigkeit beim Bearbeiten waren ebenso gefordert.
Alle eingesetzten Komponenten – vom digitalen Servoverstärker über Synchron-Servomotoren, Hochfrequenzumrichter sowie Linearmotoren bis zum rotatorischen Direktantrieb DDR – haben die Baden-Württemberger vom Düsseldorfer Antriebshersteller Danaher Motion GmbH & Co. KG bezogen .
Die Auslegung des Rotationslasersystems Twin-Las, das Rotationsstanzformen durch Lasern und Fräsen fertigt, war nach Auskunft der Heilbronner Sondermaschinenbauer eine echte Herausforderung. Zum Jahreswechsel 2004 / 2005 haben sie mit dem Projektieren und Entwickeln der Steuerungs- und Antriebstechnik für die elf interpolierenden Achsen begonnen. Der Prototyp wurde neun Monate später in Betrieb genommen.
Darin wird zum Beispiel die mit 30 000 min-1 drehende Hochfrequenzspindel mit dem Hochfrequenzumrichter ACO5000 angesteuert. Ihn haben die Danaher-Antriebsexperten speziell für die Motorsteuerung in Werkzeugmaschinen mit Hochgeschwindigkeitsbearbeitung entwickelt. Er verfügt über eine maximale Ausgangsfrequenz von bis zu 5 000 Hz und einen Nennstrom von 5 bis 20 A. Hohe Beschleunigung, kurze Bremszeiten, RI- und Schlupfkompensation, das Einhalten fester Drehzahlen, der Ausschluss von „verbotenen Frequenzen“ und vieles mehr gehören zu den Eigenschaften des Geräts. Darüber hinaus arbeitet es mit der Acomel-Zwischenkreislösung. Sie reduziert die Erwärmungsproblematik während des Spindelbetriebs, indem sie die Oberwellen selektiv harmonisch unterdrückt.
Für den transaxialen Vor- und Rücklauf des schlittenartigen Unterbaus wählten die Heilbronner nach einigen Tests einen wassergekühlten Linearmotor. Dieser trägt eine Gesamtlast von 1,6 t, bewegt den Schlitten mit einer Geschwindigkeit von 1 m/s und positioniert ihn exakt.
Die Drehbewegungen des Werkstückes übernimmt der rotatorische Direktantrieb-Cartridge DDR. Aufgrund seines elektromagnetischen Designs erreicht er ein um bis zu 50 % höheres Drehmoment pro Motorvolumen als herkömmliche Direktantriebe. Weil die zu bearbeitende Stanzform eine Halbschale ist und somit eine unsymmetrische Rotationslast bildet, sind die hohe Laufruhe und exakte Positionierung für die Antriebe eine schwierige Aufgabe. Die DDR-Cartridge-Motoren, die die rotativen Bewegungen der Halbschalen ausführen, kommen diesen Anforderungen entgegen, da sich der Motor direkt an die Rotationswelle anbauen lässt und eine sehr drehsteife mechanische Verbindung mit der Last erzielt.
Wie bei einem konventionellen Motor wird der Direktantrieb an einen Flansch der Maschine mit Zentrierung und Lochkreis geschraubt. Der Motor verfügt aber nicht über ein eigenes Lager. Vielmehr trägt das ohnehin vorhandene Lager der Rotationsstanzanlage den Rotor mit. Eine spezielle Wellenkupplung verbindet den Rotor mit einem Wellenzapfen, der aus dem Flansch herausragt. So entfallen Ungenauigkeiten, die beispielsweise mit Wellenkupplungen, Riemenantrieben und Getrieben auftreten können.
Der Linearmotor für den Vor- und Rücklauf, der rotatorische Direktantrieb sowie die in der Maschine ebenfalls verwendeten Synchronmotoren steuert derselbe Umrichter an, der Servostar 600. Die Handhabung der neuen Antriebskomponenten gestaltete sich aufgrund seiner intuitiven Bedienung einfach. Die Windows 2000/NT/XP kompatible Bedienersoftware, die der Hersteller kostenlos zur Verfügung stellt, verfügt über Oszilloskop-Funktionen und bietet direkten Zugriff auf alle relevanten Regelparameter des Servostar 600. „Eine zweitägige Inhouse-Schulung reichte zunächst völlig aus, um die Antriebe in Betrieb zu nehmen“, sagt Karsten Kosyra, stellvertretender Leiter Hard- und Softwareentwicklung bei Marbach.
Bei zusätzlichen Fragen habe sich der Zugriff auf die europäische Website von Danaher Motion bewährt. Für spezielle Problemstellungen sei darüber hinaus schnelle Hilfe durch einen Entwickler von Danaher Motion verfügbar gewesen. „Gute Erfahrungen haben wir auch gemacht, als wir Auslegungsprogramme für die Servotechnik gemeinsam erstellt haben“, lobt Kosyra. Schließlich gelte es, Antriebe entsprechend der geforderten Bewegungsprofile optimal auszulegen. So ließen sich Fehlerquellen vermeiden, was die Zahl erforderlicher Tests reduziere und letztlich zu einer präzisen Maschine und kurzen Inbetriebnahmezeiten führe.
Neben den technischen Anforderungen kamen Wirtschaftlichkeit und Service eine hohe Bedeutung zu. Weil Marbach seine Sondermaschinen weltweit vertreibt, müssen die Zulieferkomponenten international einsetzbar sein. Dies stellt Danaher Motion durch Anschluss an alle geerdeten Industrienetze sicher sowie dadurch, dass alle CE- und UL-Normen erfüllt werden. Erfahrung mit den technischen Gegebenheiten in den Einsatzländern ist sowohl beim Düsseldorfer Antriebshersteller wie auch beim Sondermaschinenbauer vorhanden.
Da die in der Twin-Las eingesetzten Systeme Standardprodukte mit hoher Auflage sind, kann Marbach selbst bei möglichen Problemfällen oder auch bei der Ersatzteilbeschaffung mit einer schnellen Lösung rechnen.
Dipl.-Ing. (FH) Metin Han Danaher Motion, Düsseldorf
Anwender Marbach
Die Heilbronner Karl Marbach GmbH & Co. KG fertigt Lösungen für den Werkzeugbau und die Stanzformtechnik. Das Unternehmen beschäftigt weltweit mehr als 1000 Mitarbeiter und investiert am Hauptsitz in einen Produktions- und Bürokomplex mit 13 000 m² Nutzfläche. Die Twin-Las hat der Bereich Automatisierung der Marbach Stanzformtechnik entwickelt, dessen Produkte für die weltweit agierende Faltschachtel-, Kartonagen- und Wellpappe-Industrie bestimmt sind sowie bei Herstellern von Etiketten und technischen Stanzteilen eingesetzt werden.
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