Kommunikation zwischen Servo-Antrieb und Controller Leistungsstarke Air-Servo-Antriebe und Controller für schnellere Skier

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Eine reibungslose Kommunikation zwischen Servo-Antrieb und -Controller ist bei Ski- und Snowboardservicemaschinen ein Schlüssel zum Erfolg. Mithilfe des Pneumatikspezialisten SMC kann die Ernst Knoll Feinmechanik GmbH so selbst verschiedenste Skier und Snowboards schneller bearbeiten – im Ziel warten bessere und langlebigere Wintersportgeräte.

Automatisch ablaufende pneumatische Prozesse sind in vielen Industriebetrieben nicht mehr wegzudenken. Dabei muss auch die Kommunikation zwischen den Komponenten mit hoher Geschwindigkeit stattfinden und zuverlässig sein. Das ist vor allem bei flexiblen und empfindlichen Werkstücken notwendig. Darunter zählen etwa Sportgeräte wie Skier und Snowboards, bei denen es beispielsweise beim Schleifprozess auf eine genau definierte Kraft ankommt. Um diese anspruchsvolle Bearbeitungsaufgabe zu erfüllen, müssen Antriebe und Controller in der Lage sein, hochpräzise und flexible Prozesse mit einer schnellen Reaktionszeit zu ermöglichen. Dank innovativer Komponenten von SMC lassen sich auch derartige «sportliche» Herausforderungen optimal meistern.

Mit rund 14,6 Millionen begeisterten Ski- und Snowboardfahrern ist Deutschland nach den USA die zweitgrösste Ski-Nation der Welt, so aktuelle Zahlen von Statista. Damit sowohl Laien als auch Profis ihren Sport sicher und mit Freude ausüben können, sind geeignete Skier und Snowboards unverzichtbar. Zu den erfahrenen Anbietern von Ski- und Snowboardservicemaschinen gehört auch die in Umkirch bei Freiburg ansässige Ernst Knoll Feinmechanik GmbH. Das 1956 gegründete Unternehmen hat sich im Laufe der Zeit vom Fokus der Herstellung feinmechanischer Teile und Baugruppen zu einem etablierten mittelständischen Experten im Bereich der Automatisierungstechnik entwickelt und beschäftigt mittlerweile rund 120 Mitarbeiter. Unter der Prämisse «Alles aus einer Hand» umfassen auch Produkte für den Ski- und Snowboardservice das Produktportfolio von Ernst Knoll Feinmechanik.

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Die unter der Marke Montana weltweit vertriebenen Anlagen können bis zu 100 Paar Skier innerhalb von einer Stunde mit den Arbeitsschritten Belag-Steinschliff, Seitenkanten-Schliff, belagseitiges Kantentu­ning, Wachsen und Polieren vollautomatisch bearbeiten. Auf der Suche nach einer besseren Lösung für den Prozess des Schleifkontakts wendete sich das Unternehmen an den Automatisierungsspezialisten SMC.

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Herausfordernde Bearbeitung

In den automatischen Schleifmaschinen wird die Ski- und Snowboardunterseite mit bis zu 35 m/min Vorschub bearbeitet. Dabei wird eine Schleifscheibe mit möglichst genau definierter Kraft gegen das flexible Sportgerät gepresst.

Der stark unterschiedliche Aufbau verschiedener Ski- und Snowboardvarianten macht den Prozess zu einer sehr anspruchsvollen Aufgabe.

Um den Schleifkontakt bei der Bearbeitung des Gleitbelags mit hoher Werkstückgeschwindigkeit zu verbessern, sollte nicht nur die Kommunikation zwischen Steuerung und Antrieb beschleunigt werden.

Denn aufgrund der durch die Skier und Snowboards verursachten Lastschwankungen war es auch notwendig, eine schnellere Reaktion im internen Kraftregelkreis zu realisieren. «Wir verwenden bereits seit Anfang der 1990er Antriebe von SMC und schätzen seit vielen Jahren die Zusammenarbeit im Bereich Automation in verschiedenen Projekten», so Johannes Höfflin, Technische Leitung bei der Ernst Knoll Feinmechanik GmbH. «Während eines Besuchs bei SMC fiel uns die Schweisszange für Lkw-Teile an einem Roboter auf.

Dabei gelang die Bewegung der Pneumatik synchron mit dem Betrieb der elektrischen Achsen mittels Joystick.

Das wäre bei uns nicht möglich gewesen, da unsere bislang verwendete pneumatische Servoachse bei der Übermittlung einzelner Befehle bis zu 40 ms benötigt. Davon inspiriert haben wir das gemeinsame Projekt mit SMC angestossen.»

Schnelle, präzise und leistungsstarke Lösungen

Um den Anforderungen von Ernst Knoll Feinmechanik Rechnung zu tragen und damit die Kommunikation zwischen Steuerung und Antrieb schnell und möglichst synchron ablaufen zu lassen, entschied sich SMC für den Air-Servo-Zylinder der Serie XT581C80-H100-250P und den Servo-Controller der Serie XT581-SP-A-PR-X025.

Die Übertragung von Befehlen vom Controller zum Antrieb erfolgt so im einstelligen ms-Bereich und während der Bearbeitung muss nicht zwischen Positions- und Kraftbetrieb umgeschaltet werden. «Der Leichtlaufzylinder kann Druckmessungen direkt selbst durchführen und dadurch schneller auf Lastwechsel reagieren. Die Fähigkeit, kleine Bearbeitungskräfte durchzuführen, ist vor allem bei Langlaufskiern von Vorteil», sagt Dirk Emmerich von SMC. «Die Positioniergenauigkeit von max. ±0,5 mm und die hohe Geschwindigkeit von 155 mm/s bei Kolbendurchmessern von 80 mm und einem Hub bis 250 mm ergänzen sich optimal.

Aufgrund der Fertigungstoleranzen im Servosystem kommt es nicht zu Unterschieden bei den Lastvorgaben und weder das Einlernen der Lastverhältnisse noch das Kalibrieren mit Referenzlast beim Komponentenaustausch sind notwendig.

Zudem ist ein Sicherheitsventil direkt als System verbaut, was die Prozesssicherheit zusätzlich erhöht.»

Schleifen für die perfekte Abfahrt

Die Kommunikation über Ethercat/PROFINET ermöglicht eine sehr genaue und umfangreiche Steuerung des Air-Servo-Zylinders mittels des Controllers.

Dadurch ergeben sich auch grosse Vorteile in Sachen Regel- bzw. Reaktionsgeschwindigkeit. «Dank der Kombination aus Geschwindigkeit, Präzision, Zuverlässigkeit und einfacher Bedienbarkeit unserer Lösungen konnten wir für Ernst Knoll Feinmechanik eine optimale Modernisierung ihrer Ski- und Snowboardservicemaschinen realisieren», so Dirk Emmerich von SMC. Auch Johannes Höfflins Fazit fällt sehr positiv aus: «Die neuen Air-Servo-Zylinder und Controller erleichtern und verbessern den Schleifprozess deutlich – insbesondere unter Berücksichtigung der verschiedenen Ski- und Snowboardvarianten, die ein sehr genaues und bedachtes Handling erfordern. Auf diese Weise gelingt ein besseres Schliffbild mit weniger Ausschuss.

Sporthändler erhalten eine signifikant bessere Bearbeitungsqualität bei sogar höherem Output und der Endkunde profitiert von schnelleren Wintersportgeräten für noch mehr Fahrspass. Zudem profitieren auch Skiverleiher durch die verbesserte Verarbeitung, die zu weniger Verschleiss führt und so die Lebensdauer der Skier verlängert.»

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