Servo-Antriebe von Stöber als prozesssichere Schrauberspindeln

Wir bieten unseren Kunden Sonderentwicklungen, die sie sofort nach Lieferung produktiv einsetzen können“, beschreibt Geschäftsführer Fabian Gallenbach seinen Anspruch. Mit seinen zehn Mitarbeitern konstruiert und entwickelt er Sondermaschinen, Lösungen für den Vorrichtungsbau sowie für den 3D-Druck und vertreibt pneumatische Komponenten. Die Kunden kommen unter anderem aus der Medizin- und aus der Luft- und Raumfahrttechnik – „das sind Branchen mit einem besonderen Anspruch an ­Präzision“, sagt Gallenbach. „Einfache Anfragen bekommen wir so gut wie gar keine mehr“, bemerkt der Geschäftsführer. Bei der Umsetzung der anspruchsvollen Lösungen setzt das Unternehmen auf ausgewählte Zulieferer, oder besser: Partner. Dazu gehört die Stöber Antriebstechnik, ebenfalls aus Pforzheim.

Schrauben ohne Nacharbeit

Die fünf Montageköpfe können unabhängig voneinander auf einer Zahnstange verfahren. Stöber Antriebstechnik

Mit dem Anbieter von Antriebslösungen steht ­Gallenbach in regelmäßigem Kontakt. Dies erleichtert es bei neuen Projekten ins Detail gehen zu können. Wurde die passende Motor-Getriebekombination gesucht, haben die Antriebsspezialisten die Maschinenbauer oft unterstützt – zum Beispiel bei der ­Entwicklung eines Mehrfach-Schraubautomaten. Der Kunde: Roma – ein führender Hersteller von ­Sonnenschutzsystemen wie Rollläden, Raffstoren und Textilscreens.

Bisher arbeitete das mittelständische Unternehmen beim Bohren und Verschrauben von bis zu drei Profil-schienen aus Aluminium oder Kunststoff mit einer automatisch verfahrbaren Schraubeinheit mit Schraubenzuführung – ohne überwachende Maßnahmen. „Gerade bei Alu-Knetlegierungen entstehen durch die Bohrschraube zwischen Schraubkopf und Profilschiene häufig Späne“, erklärt ­Gallenbach. Auf die Schraube kommt eine Verschlusskappe als Sichtteil. Durch die Späne lässt sich die Kappe nicht sauber aufstecken. Die Mitarbeiter in der Fertigung mussten immer wieder manuell nacharbeiten – das wollte Roma künftig vermeiden.

„Wir haben in den vergangenen 15 Jahren mehr als 50 Schraubautomaten mit Drehmomenten von 0,4 bis 200 Newtonmeter entwickelt“, berichtet Gallenbach. „Damit ermöglichten wir es unseren Kunden, Schrauben zu montieren, ohne dass der Werker manuell nachziehen oder nacharbeiten musste.“ Roma wollte eine Lösung, die die zu bearbeitenden Profilschienen mit Längen von 710 bis 5710 mm zudem vorbohrt.

Für zuverlässige Prozesse entwickelte Soga einen Schraubautomaten, der verschiedene Schraubtiefen und Anschraubmomente überwachen kann. „Speziell für die Kunststoffverschraubung haben wir eine Strategie entwickelt, bei der unser Pneumatikschrauber mit Druckimpulsen arbeitet“, erklärt Gallenbach. Denn Kunststoff erfordert beim Endanzug so gut wie kein höheres Endmoment als während des Schraubprozesses. Deshalb muss der Automat sensibel arbeiten. Die Ingenieure haben die Anlage zudem mit zwei Schubladen für das Einlegen der Profilschienen ausgestattet. Damit führt die Maschine die Profile getrennt oder synchron der Bearbeitung zu. Eingelegt und gespannt werden die Bauteile manuell.

Die passende Motor-Getriebekombination

Für die fünf Bohrachsen hat Stöber insgesamt fünf LeanMotoren geliefert. Stöber Antriebstechnik

„Die Schubladen verfahren über zwei Y-Achsen im Automatikbetrieb“, beschreibt Guido Wittenauer, ­Stöber Antriebstechnik Vertriebsmitarbeiter, der Soga betreut. Dafür lieferten die Antriebsspezialisten für jede Schublade ein Planetengetriebe der Baureihe PE mit Riemen und Spindeltrieb kombiniert mit einem Synchron-Servomotor EZ.

Die Anlage führt die Schrauben automatisch zu und verschraubt pneumatisch. Dazu ist der Automat mit fünf Montageköpfen ausgestattet, die auf einer Zahnstange unabhängig voneinander in X-Richtung verfahren. „Jeden Kopf haben wir mit einer Z- und einer Bohrachse ausgerüstet“, sagt Wittenauer. Für die X-Achse lieferte Stöber Zahnstangentriebe der Baureihe ZVPE sowie Synchron-Servomotoren des Typs EZ. Für die Z-Achse kommen ebenfalls ­EZ-Motoren mit Spindeltrieb zum Einsatz. Damit die fünf Köpfe auf der Zahnstange nicht miteinander kollidieren, haben die Stöber-Ingenieure einen dreifachen Kollisionsschutz implementiert:

• die Steuerung überwacht die Positionen zueinander
• bei jeder X-Achse wurden die Software-Endschalter mit dem zulässigen Verfahrbereich parametriert
• zusätzlich befindet sich an jedem Kopf ein mechanischer Sicherheitsschalter.

Für die Bohrspindel sollte ein möglichst kompakter Motor mit wenig Eigengewicht verbaut sein. „Damit können wir die zu bewegende Masse der fünf Achsen gering halten und so eine sehr schnelle Positionierung erreichen“, sagt Wittenauer. Neben Bohren sollte auch anschließend noch Senken möglich sein. Hierfür sind hochdynamische Motorregelungen erforderlich. Dafür lieferte Stöber den Lean Motor (LM). Damit lassen sich Drehzahl und Drehmoment stufenlos vom Stillstand bis zur Maximaldrehzahl bei voller Drehmomentkontrolle regeln – dabei arbeitet der LM komplett encoderlos. Die Lösung ist bei gleicher Leistung leichter und kompakter als ein Asynchron- und günstiger und robuster als ein Servoantrieb. Mit Wirkungsgraden bis zu 96 % erreichen die Motoren die Effizienzklasse IE5. Roma profitiert damit von geringerem Energiebedarf und der langen Lebensdauer. Jeder Kopf besitzt drei Motoren, die sich sehr eng platzieren lassen. „Da unser Lean Motor ohne Encoder auskommt, ist auch nur ein Standard-Leistungskabel ohne zusätzliche Adern oder Schirmung erforderlich“, erläutert Wittenauer.

Anreihbare Antriebsregler sparen Platz

Insgesamt neun ­Antriebsregler der Baureihe SI6 übernehmen die präzise Bewegungsführung ­aller Achsen und die ­Überwachung der Schraubvorgänge. Stöber Antriebstechnik

Stöber hat die Motoren mit neun Doppelachsreglern aus der Baureihe SI6 kombiniert. Integriert sind die Sicherheitsfunktionen STO (Safe Torque Off) und SS1 (Safe Stopp 1), zertifiziert nach EN 13849-1 (PL e, Kat. 4). „Konzipiert ist der nur 45 Millimeter schmale Antriebsregler als Anreihgerät“, beschreibt Wittenauer. „Ein einzelner Antriebsregler kann bis zu zwei Achsen regeln. Durch eine Aneinanderreihung mehrerer Regler lässt sich die Anzahl der anzusteuernden Achsen frei skalieren.“ Dabei ermöglichen die patentierten Quick-DC-Link-Module das Einklicken von Standardkupferschienen zur Energieverteilung sowie die leichte Montage der Antriebsregler. Stöber unterstützt zudem die Kommunikation über Profinet.

Als Partner hat Stöber aber nicht nur die passenden Komponenten geliefert. „Wir kümmerten uns auch um die mechanische Auslegung und Dimensionierung“, sagt Guido Wittenauer. Die Unterstützung des Antriebsspezialisten begann schon in der Angebotsphase. „Die Idee, dass bei der X-Achse der Motor mit Getriebe und Zahnrad mit Schrägverzahnung eine Einheit bildet, entwickelten wir gemeinsam bei den Projektgesprächen“, sagt Geschäftsführer Gallenbach. „Die Auslegung unseres gesamten Maschinen­konzepts basiert auf den Berechnungen, unter anderem der Motortechnik“, sagt Gallenbach. „Würde hier ein Fehler in der Auslegung auftreten, könnte dies die gesamte Automatisierung gefährden.“ Und Roma? Der Hersteller von Sonnenschutzsystemen kann nun deutlich prozesssicherer fertigen – ganz ohne Nacharbeit.

(ml)