Antriebskomponenten für Ultraschall-Prüfanlage Ausgeklügelte Antriebslösung zur Prüfung von Bauteilen von Boeing

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Das englische Unternehmen Ultrasonic Sciences Limited (USL) fertigte Ultraschall-Prüfanlagen für den Einsatz bei Boeing. Bei diesen automatisierten Anlagen gelten besondere Anforderungen an die Antriebstechnik. Stöber lieferte dafür alles aus einer Hand: Servomotoren, Antriebsregler, Servogetriebe sowie die One Cable Solution.

Das im englischen Aldershot ansässige Unternehmen Ultrasonic Sciences Limited (USL) hat sich mit seinen aktuell 25 Mitarbeitern darauf spezialisiert, massgeschneiderte automatisierte Anlagen zur zerstörungsfreien Prüfung (ZfP) zu entwickeln und zu fertigen. Zum Portfolio gehören zudem PC-basierte Messinstrumente. USL liefert bereits seit rund 40 Jahren ultraschallbasierte ZfP-Anlagen für eine Vielzahl von Industrien weltweit, darunter die Luft- und Raumfahrt, die Automobil- und die Energiebranche, der Bahnsektor sowie die Rohstoffproduktion, und bietet entsprechende Dienstleistungen. Die individuell zugeschnittenen Prüflösungen richten sich an Kunden, die ihren Fokus auf hochpräzise Qualitätskontrolle und die Analyse der Materialzusammensetzung legen.

Das betrifft immer stärker Hersteller von Komponenten und Strukturen aus Verbundwerkstoffen in der Luft- und Raumfahrt. Der Anteil dieses Materials nimmt in dieser Branche immer mehr zu. Das Ziel ist, Gewicht und Kosten zu senken und so die Effizienz weiter zu steigern. Mit der ständigen Optimierung von Produktionsmethoden werden die Verbundwerkstoffteile immer grösser und komplexer. Wichtig: Die Fertigteile müssen frei von Mängeln sein – deshalb erfordern sie auch umfangreichere und leistungsfähigere Prüfanlagen.

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Niko Bayer ist Technical Sales Manager bei USL. Während der Corona-Pandemie stand er vor der Herausforderung, geeignete Lieferanten zu finden, die verstehen, wie USL arbeitet. Sie sollten in der Lage sein, gemeinsam mit USL jede Maschine kundenspezifisch anpassen zu können. Dabei stiess Bayer auf Stöber UK. Er kontaktierte Martin Preece, den Leiter der Niederlassung. Als beide die Vorlaufzeiten bei Stöber besprachen, stellte der Sales Manager fest, dass diese deutlich kürzer waren als die von Marktbegleitern. Dies war genau die Art von Unterstützung, die er für sein Unternehmen benötigte, um wichtige Aufträge zu erfüllen.

Individuell statt seriengefertigt

Niko Bayer und seine Kollegen wurden mit der Konstruktion, dem Bau sowie der Installation einer zwölfachsigen Doppelturm- und einer elfachsigen Gantry-Anlage betraut. Diese sollen Komponenten aus Verbundwerkstoffen für einen langjährigen Kunden aus der Luft- und Raumfahrtbranche prüfen. Bayer erklärt: «Die massgefertigten Maschinen sind an die Anforderungen, Flexibilität und Skalierbarkeit der Anwendung angepasst. Sie sind genau, leistungsstark und mit speziellen Funktionen ausgestattet. Deswegen werden sie seriengefertigten Systemen vorgezogen.»

«Bei allen unseren automatisierten Prüfanlagen achten wir bei bewegungsbezogenen Komponenten wie Motoren auf Präzi­sion, Auflösung, Drehzahlregelung, Dreh­moment, Belastbarkeit, Kommunikationsschnittstellen, Sicherheitsmerkmale und Langlebigkeit», erläutert Bayer. Mechanische Systeme für automatisierte Ultraschall-Prüf­anlagen sind häufig langen Nutzungszeiten, sich wiederholenden Bewegungen und regelmässigen Richtungswechseln ausgesetzt. Meist befinden sie sich auch in feuchten Umgebungen. Bayer führt weiter aus: «Nachdem wir unsere Anforderungen mit Martin besprochen hatten, waren wir überaus zuversichtlich, dass Stöber uns genau das bietet, was wir für die Fertigung unserer Maschinen benötigen.»

Grosse und komplexe Teile prüfen

Für diese speziellen Anforderungen wurden doppelseitige Maschinen für die gleichzeitige Durchlicht- und Impulsechoprüfung von Verbundwerkstoffteilen benötigt. Mit grossen Scan-Bereichen und einer Reihe spezialisierter Endeffektoren lassen sich mächtige und komplex geformte Komponenten umfassend prüfen. Dazu gehören unter anderem Flügelvorderkanten, Landeklappenverkleidungen sowie dicke Verbundbauteile. Alle strengen Anforderungen des Endanwenders an mechanische Genauigkeit und Ultraschall-Prüfung werden damit erfüllt.

Eine ausgeklügelte Antriebslösung

Martin Preece erklärt: «Um die anspruchsvollen Projektanforderungen erfüllen zu können, diskutierten wir verschiedene Komponenten von Stöber. Nach mehreren Gesprächen mit Niko Bayer und dem USL-Team konnten wir diese spezifizieren.» In die angebotenen Antriebssysteme liessen sich etwa Servoverstärker oder auch Triebstockverzahnung nahtlos integrieren. Zu den Lösungen gehören Linear- und Rotationsachsen mit verschiedenen Servomotorgrössen aus der EZ-Reihe. Diese sind sehr kompakt und ermöglichen ein maximales Drehmoment in Kombination mit einer hohen Dynamik. Dazu kommen Antriebsregler der neuesten Generation aus der SC6-Reihe, verschiedene Servogetriebe, ausgewählt nach Steifigkeit und Präzision, sowie die One Cable Solution (OCS). Diese verbindet Motoren und Antriebsregler bei einer Länge von bis zu 100 Meter zuverlässig.

«Unsere Motoren und Regler haben wir gemeinsam mit USL so dimensioniert und ausgewählt, dass die Leistung in Abhängigkeit der Antriebsart, also Triebstock-, Spindel- oder Direktantrieb, und je nach den spezifischen Anforderungen optimiert werden konnte», sagt Preece. Niko Bayer und sein Team setzen häufig eine Kombination dieser Antriebe für verschiedene Achsen derselben Maschine ein, um die gewünschte Präzision und Zuverlässigkeit zu erreichen.

Gemeinsam mit Stöber

«Im Lauf der Jahre haben wir viele verschiedene Motoren und Antriebsregler von unterschiedlichen Lieferanten eingesetzt», berichtet Bayer. «Mit Stöber erhalten wir die Auswahl, Präzision, Qualität und Zuverlässigkeit, die wir für den Bau unserer Maschinen benötigen.» Ein weiterer grosser Vorteil dieser Zusammenarbeit: «Unserer Erfahrung nach hat Stöber im Vergleich zum Wettbewerb durchgehend kürzere Vorlaufzeiten und eine bessere Termintreue», sagt Bayer und fügt an: «Wir hatten in der Vergangenheit Motoren im Einsatz, die es ermöglichten, in Bezug auf die Reibung Werte für die Vorsteuerung über 100 Prozent umzusetzen». Indem sie die Auswirkungen der Reibung antizipieren und ihnen entgegensteuern, können Systeme mit dieser Funktion eine flüssigere, genauere Bewegung erzielen. «Bei der Besprechung dieser Thematik war Stöber sofort bereit, unsere Anforderungen mit dem SC6-Antriebsregler umzusetzen. Dies ermöglicht Vorsteuerungswerte bis zu 200 Prozent. Damit können wir unsere Maschinenachsen perfekt positionieren», sagt Bayer.

Darüber hinaus liefert Stöber integrierte Servogetriebemotoren ohne Motoradapter. Dies erleichtert die Installation – dank des kompakten Designs, des geringen Gewichts und der hohen Leistungsdichte. Bayer: «Das Stöber-Team zeigt sich zudem besonders hilfreich bei der Spezifikation von Maschinen und unterstützt uns bei der Berechnung von Drehzahl, Drehmoment und Last. Einzelne Kabellängen sorgen für mehr Spielraum bei der Konstruktion grösserer Maschinen.»

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Erfolgreich in Betrieb genommen

Beide Maschinen wurden in einer Prüfeinrichtung für Strukturen und Komponenten von Boeing-Flugzeugen installiert sowie in Betrieb genommen. Sie haben alle Anforderungen an die mechanische Genauigkeit übertroffen. «Wir sind sehr zufrieden mit den Stöber-Lösungen und ihrer Leistung als zentrale Komponenten unserer Maschinen», resümiert Bayer.

USL konnte die Leistung und Zuverlässigkeit seiner Anlagen verbessern und gleichzeitig seinen Konstruktions- und Fertigungsprozess optimieren. Alles in allem hat die Synergie zwischen der umfassenden Branchenexpertise von USL und den Komponenten von Stöber zur erfolgreichen Implementierung von hochmodernen Technologien geführt. Diese entsprechen den sich ständig weiterentwickelnden Anforderungen der Luft- und Raumfahrtbranche.

Begeistert ist Niko Bayer von der partnerschaftlichen Zusammenarbeit mit dem Stöber-Niederlassungsleiter Martin Preece. Er stellte sicher, dass USL während des gesamten Bau- und Lieferprozesses der Maschinen die dafür notwendige Anleitung und Unterstützung erhielt. USL konnte die Systemlösungen nahtlos in die automatisierten Ultraschall-Prüfanlagen integrieren. Das trug erheblich zur Gesamteffizienz und -effektivität der Prozesse bei.

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