Mechatronische Systeme für die Kleinteilefertigung

Die treibende Kraft der Kompaktautomation

Modular aufgebaute mechatronische Systeme können heute bei der Kleinteilefertigung die aufeinanderfolgenden Fertigungsschritte als sogenannte Kompaktautomation eigenständig durchführen. Die treibende Kraft der Schieber, Greifer und Schwenkeinheiten sind in erster Linie kleine Linearantriebe und bürstenlose DC-Motoren. Dabei bieten die langlebigen Antriebe von Faulhaber Schnelligkeit und Positioniergenauigkeit sowie eine hohe Leistungsdichte.
 Die flexible Automationsplattform fertigt Produkte mit einer Raumdiagonalen bis 30mm. Je nach Auslegung und Bestückung ist sie lediglich 3 bis 4m lang.
Die flexible Maschinenplattform fertigt Produkte mit einer Raumdiagonalen bis 30mm. Je nach Auslegung und Bestückung ist sie lediglich 3 bis 4m lang. – Bild: Stiwa

Der österreichische Maschinenbauer Stiwa positioniert sich seit 50 Jahren als Spezialist für Produkt- und Hochleistungsautomation. Roland Schiermayr, Bereichsleiter Forschung und Entwicklung Automation, berichtet: „Ein Kunde, der jedes Jahr viele Millionen Dämpfer für ein Möbelhaus herstellt, wollte eine neue Maschine für die Fertigung anschaffen. Die bestehende war 10m lang und für die Produktion von kleinen Komponenten mit wenigen Zentimetern Länge wegen der begrenzten Produktionsfläche unverhältnismäßig groß. Für uns war das der Anstoß, alle Möglichkeiten zur Miniaturisierung auszuschöpfen.“

 Der bürstenlose DC-Motor treibt im 
Portalhandling der Kompaktautomation die Schwenkeinheiten an, mit denen Werkzeuge oder Komponenten in eine bestimmte Position gebracht werden.
Der bürstenlose DC-Motor treibt im Portal-Handling der Kompaktautomation die Schwenkeinheiten an, mit denen Werkzeuge oder Komponenten in eine bestimmte Position gebracht werden. – Bild: Dr. Fritz Faulhaber GmbH & Co. KG

Funktionsmodule für unterschiedliche Arbeitsschritte

Das Resultat der Entwicklungsarbeit ist die flexible Automationsplattform LTM-CI, die je nach Auslegung und Bestückung mit einer Länge von 3 bis 4m auskommt. Die modular aufgebaute Kompaktautomation ist für Produkte mit einer Raumdiagonalen bis 30mm ausgelegt. Ein starr verkettetes Transportsystem bildet die Basis. Die weitere Ausstattung wird von Stiwa an die individuellen Anwendungsanforderungen angepasst. Bis zu 22 Funktionsmodule mit jeweils 90mm Breite für unterschiedliche Arbeitsschritte lassen sich integrieren, zum Beispiel für Pick&Place-Anwendungen, Laserschweißen mit bis zu fünf Freiheitsgraden, zum Schrauben, Einpressen, Beschriften oder für Prüf- und Messprozesse. Ein großer Automobilhersteller beispielsweise nutzt sie, um Ventile für ein Antiblockiersystem herzustellen.

Die Ventile sind lediglich 8mm lang, bestehen aus wenigen Komponenten und werden jährlich in siebenstelliger Stückzahl hergestellt. Die Fertigung muss im Halbsekundentakt arbeiten, um diese Menge zu bewältigen. Zunächst werden die Einzelteile aus Vorratsbehältern zugeführt, mithilfe eines Rüttlers vereinzelt und auf einem Fördersystem für den ersten Fertigungsschritt zurechtgelegt. Die Komponenten fahren dann zur entsprechenden Station, wo filigrane Greifer sie aufnehmen und passend zusammenfügen oder anderweitig bearbeiten. Die Taktzeiten sind mit der LTM-CI deutlich gesunken, was wiederum einen beträchtlichen Sprung in der Produktivität ermöglicht.

Der Linearmotor ist an bis zu 20 Stellen in der Anlage eingebaut, zum Beispiel in Stoppeinheiten, also Schiebern, die den Materialfluss unterbrechen, oder und in Greifern.
Der Linearmotor ist an bis zu 20 Stellen in der Anlage eingebaut, zum Beispiel in Stoppeinheiten, also Schiebern, die den Materialfluss unterbrechen, sowie in Greifern. – Bild: Dr. Fritz Faulhaber GmbH & Co. KG

Treibende Kraft der Aktoren

Einen entscheidenden Anteil an der Produktivitätssteigerung haben die Antriebe der Aktoren in den Funktionsmodulen. So spielt in der LTM-CI etwa der Linearmotor LM 1247 von Faulhaber eine wichtige Rolle. Er ist an bis zu 20 Stellen in der Anlage eingebaut, darunter in Stoppeinheiten, also Schiebern, die den Materialfluss unterbrechen sowie in Greifern. Eine besondere Stärke dieses Linearmotors ist seine hohe Geschwindigkeit. Außerdem liefert er bei nur 12,5mm Breite und 19,1mm Länge eine Dauerkraft von 3,6N. „In der Spitze schafft er sogar 10,7N und bietet somit eine enorme Leistungsdichte“, betont Schiermayr.

Auch der bürstenlose DC-Motor der Serie 2250…BX4 hat die Maschinenbauer überzeugt. Er treibt im Portal-Handling der Kompaktautomation die Schwenkeinheiten an, mit denen Werkzeuge oder Komponenten in eine bestimmte Position gebracht werden. Bei der Auswahl war neben der hohen Dynamik und der kompakten Abmessungen auch ein Zubehörteil von entscheidender Bedeutung, erinnert sich Schiermayr: „Wir brauchen an dieser Stelle eine hohe Präzision und Wiederholgenauigkeit. Deshalb war es für uns wichtig, dass Faulhaber diesen Motor mit einem dazu passenden Multiturn-Absolut-Encoder liefern kann. Dessen Signale werden für die hohe Qualität der Fertigung und die Qualitätssicherung benötigt.“

Störungsfrei über 60 Millionen Hübe

Die entscheidenden Parameter für Stiwa sind jedoch die Langlebigkeit sowie die dauerhafte Zuverlässigkeit aller Komponenten. Schließlich garantiert das Unternehmen den Abnehmern der Kompaktautomation einen störungsfreien Betrieb über 60 Millionen Hübe. Da müssen alle beweglichen Teile mitspielen, auch die Motoren. „Wir knechten unsere eigenen Teile genauso wie die zugekauften Komponenten in Dauerprüfungen“, erklärt Schiermayr. „Wir versuchen sie dabei durch Verschleiß und ungünstige Bedingungen zu zerstören. Nur was diesen Härtetest besteht, bauen wir in die Maschinen ein. Die Motoren von Faulhaber haben bewiesen, dass sie unseren Anforderungen hinsichtlich Zuverlässigkeit, Lebensdauer, Platzbedarf und Taktzeiten gewachsen sind.“

Dr. Fritz Faulhaber GmbH & Co. KG

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