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Gezielte Schnitte für Streckmetall

Automatisierung: Steuerung und Antriebstechnik im Einklang
Gezielte Schnitte für Streckmetall

Ob Batterie, Auto oder Dunstabzugshaube – Streckmetalle sind immer dabei. Um ein Metall in diese flexible und wohl strukturierte Form zu bringen, ist Know-how gefragt. Möglich wird das durch eine abgestimmte Kombination aus SPS, Servoantrieb und Bildverarbeitung.

Für Streckmetall werden Halbzeuge wie Bleche oder Tafeln durch Schneidmesser eingeschnitten, quer zur Blechebene verformt und gleichzeitig in der Länge gezogen. Das entstehende Streckmetall ist wegen der kleinen flexiblen Metallstege in sich elastisch, verformbar und trotzdem stabil. Die Herstellung erfordert jedoch viel Erfahrung, vor allem wenn eine hochwertige Qualität aus dünnem Ausgangsmaterial hergestellt werden soll.

Um die Hubzahl der Messer, den Vorschub der Streckeinrichtung und die optische Überwachung besser aufeinander abzustimmen, arbeitet die Bender GmbH mit dem Automatisierungsexperten Omron zusammen. Bender ist Hersteller von Maschinen für die Streckmetallfertigung und sieht sich auf diesem Spezialgebiet als einer der Marktführer. Beide Unternehmen bringen ihre Komponenten ein und erreichen dabei eine hohe Effizienz bei moderaten Kosten.
Speziell bei dünnen und damit flexiblen Ausführungen des Streckmetalls ist es wichtig, die Fertigungs-Toleranzen in engen Grenzen zu halten. Je kleiner die Struktur, umso geringer ist die Fehlerbandbreite zu halten. Die Tafeln haben eine Dicke zwischen 3 und 0,03 mm und bestehen aus Edelmetallen, speziellen Legierungen oder Kunststoffplatten. So ist es kein Wunder, dass für die richtige Bearbeitung jeweils eine andere Parameterabstimmung nötig ist. Bedenkt man, dass die Streckmetallgeometrien je nach Einsatzzweck in den einzelnen Materialien zusätzlich variieren, wird klar, dass hier eine leistungsfähige Datenverarbeitung und sichere Aktuatorik gefragt ist.
Bender fertigt nicht nur die Maschinen, das Unternehmen setzt diese auch in der eigenen Herstellung ein. „So können Erfahrungswerte aus der Fertigung in die Entwicklung neuer Maschinenkomponenten einfließen“, umschreibt Geschäftsführer Klaus Bender den Nutzen. Auch für die Beratung der Kunden ist das selbst erarbeitete Know-how ein wichtiger Marktvorteil. Und es hilft dabei, die Anlagen mit neuen Steuerungskomponenten zu optimieren. Durch die Zusammenarbeit mit Omron ließ sich die Fertigung der Gitter entscheidend verbessern. Dank präziser Vorgaben konnten die Automatisierungsexperten aus Langenfeld einen Komponenten- und einen Programmiervorschlag erarbeiten. Mit der Feinabstimmung in der eigenen Fertigung wurde dann ein serienreifes Produkt entwickelt.
Ein gezahntes Messer stanzt Schlitze in eine Tafel, verformt dabei das Blech vertikal und dehnt es gleichzeitig in der Länge. Mit der Taktzahl wächst die Ausbringung der Maschine. Da bei jedem Hub zahlreiche Parameter einzuhalten sind, ist eine leistungsfähige SPS von Nöten. Durch Einsatz der Universal-SPS CP1H konnte die Taktzahl von 600 auf über 800 Takte pro Minute gesteigert werden. „Der höhere Takt ist ein angenehmer Nebeneffekt“, sagt Klaus Bender. „Wichtiger für uns ist die einfache Programmierung und die Möglichkeit, die Variable für den Vorschub stufenlos einstellen zu können.“ Mit den Servoschnitt-Tiefenreglern von Omron lassen sich jetzt ganz neue Strukturen im Streckmetall programmieren. Früher waren 60 fest vorprogrammierter Schrittweiten möglich, heute ist eine an das Material und die aktuelle Gittergeometrie angepasste Schrittweite möglich. Für die Produktion feinster Strukturen ist das vorteilhaft. „Die stufenlose Schrittweite konnte uns kein anderer Hersteller in dieser Preisklasse bieten“, versichert Bender.
Mit vier integrierten Zählern und vier Impulsausgängen ist die SPS gerüstet für die geforderte Mehrachsenpositionierung. Omron übernahm auch die Grundprogrammierung und Schulung. Nach einer kurzen Einarbeitungszeit werden nun alle Komponenten vom Anwender selbst individuell programmiert und eingerichtet.
Auch die hochwertigste Steuerung ist nur so gut wie die angeschlossene Peripherie. Für die Bedienung wurde daher ein Terminal mit einer Diagonalen von 5,7 Zoll installiert. Mit 16 Graustufen in Monochromausführung und praktisch beliebig vielen Farben als Farbdisplay ist ein hoher Kontrast und eine gute Visualisierung gegeben. Über eine USB-Schnittstelle oder Ethernet lässt sich das Display an die Steuerung anschließen. Die exakte Ausführung der berechneten Befehle ist eine weitere Voraussetzung für qualitativ hochwertige Produkte. Ein Servotreiber und Smart-Step-Servoantrieb sorgen dafür, dass die Anweisungen der SPS reibungslos in definierte Vorschubschritte umgesetzt werden. Der SmartStep hat einen Impulsketteneingang und lässt sich über einfache Schalter schnell konfigurieren.
Da mechanische Anlagen immer einem Verschleiß unterliegen, ist die Steuerung zwingend auf eine Rückmeldung angewiesen. Für diese Aufgabe setzt Klaus Bender auf eine einfache Bildverarbeitung. Zum Einsatz kommt ein Vision-Sensor, der nach einer einmaligen Programmierung sofort einsatzbereit ist. Mit einem einfachen Soll-Ist-Vergleich wird der Verschleiß des Stanzmessers optisch bestimmt. Ist der vorgegebene Toleranzwert überschritten, wird sofort eine Meldung an die SPS generiert. Durch diese Online-Kontrolle ist es praktisch ausgeschlossen, dass nicht maßhaltige Stücke produziert werden.
Das Ziel der Entwickler war eine optimale Abstimmung von Steuerungskomponenten, Aktuatorik und optischer Produktkontrolle – und das wurde erreicht. „Da alle Komponenten und die Erstprogrammierung aus einer Hand stammen, gab es keine Abstimmungsprobleme“, freut sich Klaus Bender. „Die Lösung erfüllt unsere Erwartungen und verbessert Ausgangsleistung und Produktqualität.“
Andreas Zeiff Fachjournalist in Stutensee

Was ist Streckmetall?

Streckmetall ein Halbzeug mit Öffnungen in der Fläche. Diese entstehen durch versetzte Schnitte in Bänder oder Tafeln bei gleichzeitiger, streckender Verformung. Die Schnitte erfolgen ohne Materialverlust. Das Material hängt dabei immer noch gitterartig zusammen. Es lässt sich beliebig zuschneiden oder verformen. Dabei verliert es nicht den Zusammenhalt und löst sich nicht auf, wie es bei Geflechten oder Webware der Fall ist. Daher eignet sich Streckmetall für Anwendungen, wo Haltbarkeit, Dehnung und Formstabilität auch von kleinsten Stücken gefragt ist. Ausgangsmaterialien wie Edelstahl, Legierungen aus Aluminium und Nickel oder reine Edelmetalle lassen sich mit dieser Technik verlustfrei verarbeiten. Alle duktilen Materialien wie Metalle oder Kunststoffe sind für die Verarbeitung zu flexiblen Gittern geeignet.
So flexibel wie die Materialauswahl ist auch das Einsatzgebiet der Streckmetalle. Die Anwendungen reichen vom Metallküchenfilter an der Dunstabzugshaube über Stützgewebe bei Ölfiltern bis hin zur Medizintechnik. Auch bei Akkus, Batterien und Brennstoffzellen sind Ableitelektroden und Isolatoren aus dem flexiblen, oberflächenreichen Material unverzichtbar.
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