Kleine Linearantriebe und bürstenlose DC-Motoren Kompakte Automatisierung für die Kleinteilefertigung

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Die modular aufgebaute Kompaktautomation LTM-CI des österreichischen Maschinenbauers Stiwa zeigt, wie Hochleistungsautomation auf engstem Raum funktioniert. Einen entscheidenden Anteil daran haben Antriebe der Aktuatoren in den Funktionsmodulen, die von Faulhaber sind.

Die industrielle Automation entwickelt sich kontinuierlich weiter. Eine Schlüsselrolle spielen dabei Fördertechnik, Robotik sowie moderne Bearbeitungs- und Prüfverfahren. Modular aufgebaute mechatronische Systeme können heute bei der Kleinteilefertigung die aufeinanderfolgenden Fertigungsschritte als sogenannte «Kompaktautomation» eigenständig durchführen. Ihren Einsatz finden sie zum Beispiel bei der Fertigung kleiner Ventile für Automobilanwendungen oder bei Dämpfungselementen für den Möbelbau. Kleine Linearantriebe und bürstenlose DC-Motoren sind dabei treibende Kraft der Schieber, Greifer und Schwenkeinheiten. Hier überzeugen die langlebigen Antriebe mit Schnelligkeit und Positioniergenauigkeit sowie einer hohen Leistungsdichte.

Als Spezialist für Produkt- und Hochleistungsautomation entwickelt der österreichische Maschinenbauer Stiwa mit Stammsitz in Attnang-Puchheim seit 50 Jahren innovative Automations-, Produktions- und Softwarelösungen. Ein Beispiel dafür ist die modular aufgebaute Kompaktautomation LTM-CI, die zeigt, wie Hochleistungsautomation auf kleinstem Raum funktioniert. Sie ist für Produkte mit einer Raumdiagonalen bis 30 Millimeter ausgelegt und selbst das Ergebnis einer drastischen Verkleinerung, wie Roland Schiermayr, Bereichsleiter Forschung und Entwicklung Automation bei Stiwa, berichtet: «Ein Kunde, der jedes Jahr viele Millionen Dämpfer für ein Möbelhaus herstellt, wollte eine neue Maschine für die Fertigung anschaffen. Die bestehende war zehn Meter 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.»

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Funktionsmodule für unterschiedliche Arbeitsschritte

Das Resultat der Entwicklungsarbeit ist die kompakte LTM-CI, eine flexible Automationsplattform, die je nach Auslegung und Bestückung mit einer Länge von drei bis vier Metern auskommt. Ein starr verkettetes Transportsystem bildet die Basis, die weitere Ausstattung wird an die individuellen Anwendungsanforderungen angepasst. Bis zu 22 Funktionsmodule mit jeweils 90 Millimeter Breite für unterschiedliche Arbeitsschritte lassen sich integrieren, zum Beispiel für Pick-and-Place-Anwendungen, Laserschweissen mit bis zu fünf Freiheitsgraden, zum Schrauben, Einpressen, Beschriften oder für Prüf- und Mess­prozesse. Damit eignet sich die Kompaktautomation für die Kleinteilefertigung in den unterschiedlichsten Branchen. Ein grosser Automobilhersteller beispielsweise nutzt sie, um Ventile für ein Antiblockiersystem herzustellen.

Die Ventile sind lediglich 8 mm 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.

Treibende Kraft der Aktuatoren

Einen entscheidenden Anteil daran haben die Antriebe der Aktuatoren in den Funktionsmodulen. Hierfür entdeckten die Maschinenbauer die Antriebe von Faulhaber. In der LTM-CI spielt beispielsweise der Linearmotor LM 1247 eine wichtige Rolle. Er ist an bis zu 20 Stellen in der Anlage eingebaut, darunter in Stoppeinheiten, also Schiebern, die den Materialfluss unterbrechen, und in Greifern. Eine besondere Stärke dieses Linearmotors ist seine hohe Geschwindigkeit. Dazu liefert dieser Antrieb auch enormen Schub: Bei nur 12,5 mm Breite und 19,1 mm Länge entwickelt er eine Dauerkraft von 3,6 N. «In der Spitze schafft er sogar 10,7 N», betont Roland Schiermayr. «Es gibt auf dem Markt weltweit keinen anderen kleinen Linearmotor mit dieser Leistungsdichte.»

Auch der bürstenlose DC-Motor der Serie 2250…BX4 hat die Maschinenbauer überzeugt. Er treibt im Portalhandling der Kompaktautomation die Schwenkeinheiten an, mit denen Werkzeuge oder Komponenten in eine bestimmte Position gebracht werden. Hier kam es bei der Auswahl neben hoher Dynamik und kompakten Abmessungen auch auf ein Zubehörteil an, erinnert sich Roland Schiermayr: «Wir brauchen an dieser Stelle eine sehr hohe Präzision und Wiederholgenauigkeit. Deshalb war es für uns ein wichtiges Argument, 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

Der entscheidende Parameter ist für Stiwa jedoch die Langlebigkeit und dauerhafte Zuverlässigkeit aller Komponenten. Denn das Unternehmen garantiert 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 Roland 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 solchen extremen Anforderungen gewachsen sind. Sie helfen uns, unsere eigenen Anforderungen an Zuverlässigkeit und Lebensdauer bei minimalem Platzbedarf und kürzesten Taktzeiten zu erreichen.»

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