09.06.2020

Antriebs- und Automatisierungslösungen für den Sondermaschinenbau

Sensibler Schraubautomat

Als Sondermaschinenbauer hat Soga Gallenbach einen Mehrfach-Schraubautomat mit mehreren Montageköpfen realisiert. Schraubentiefe und Anschraubmoment werden in der Anlage zuverlässig überwacht. Die erforderliche Antriebstechnik wie Servomotoren, Planeten- und Zahnstangentriebe sowie Antriebsregler lieferte Stöber. Als Partner kümmerte sich das Unternehmen zudem um die mechanische Auslegung und Dimensionierung.


Für sichere Prozesse hat Soga einen Schraubautomaten entwickelt, der verschiedene Schraubtiefen und Anschraubmomente überwachen kann.
Bild: Stöber Antriebstechnik GmbH & Co. KG

"Wir bieten unseren Kunden Sonderentwicklungen, die sie direkt nach Lieferung produktiv einsetzen können", beschreibt Fabian Gallenbach seinen Anspruch. Mit sei nen zehn Mitarbeitern konstruiert und entwickelt der Geschäftsführer von Soga Gallenbach 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. Und mit Präzision kennt er sich aus, denn seine Ausbildung absolvierte er bei einem Schweizer Uhrenhersteller. Bei der Firmenübernahme bestand sein Ziel darin, diese Präzision in den Maschinenbau zu übernehmen. Das Ergebnis: "Einfache Anfragen bekommen wir so gut wie gar keine mehr", bemerkt der Geschäftsführer. Bei der Umsetzung anspruchsvoller Lösungen setzt Soga auf die Unterstützung ausgewählter Partner, z.B. Stöber Antriebstechnik.

Schrauben ohne Nacharbeit

Beide Firmen sind in regelmäßigem Kontakt und können dadurch bei neuen Projekten unmittelbar ins Detail gehen. So auch bei der Entwicklung des Mehrfach-Schraubautomaten, als es um die passende Motor-Getriebekombination ging. Der Kunde Roma, ein mittelständischer Hersteller von Sonnenschutzsystemen, arbeitete bisher beim Bohren und Verschrauben der Profilschienen aus Aluminium bzw. Kunststoff mit einer automatisch verfahrbaren Schraubeinheit - samt Zuführung aber 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, die sich durch die Späne nicht immer sauber aufstecken lässt. Die Mitarbeiter in der Fertigung mussten immer wieder manuell nacharbeiten. Das wollte Roma vermeiden. "Wir haben in den vergangenen 15 Jahren mehr als 50 Schraubautomaten mit Drehmomenten von 0,4 bis 200Nm entwickelt", so Gallenbach. "Dabei ermöglichen 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 5.710mm zudem vorbohrt.

Schraubtiefen und Momente überwachen

Für solche Fälle hat Soga einen Schraubautomaten entwickelt, der verschiedene Schraubtiefen und Anschraubmomente überwachen kann. "Speziell für die Kunststoffverschraubung haben wir ein Konzept, bei der unser Pneumatikschrauber mit Druckimpulsen arbeitet", erklärt Gallenbach. Denn Kunststoff erfordert beim Endanzug so gut wie kein höheres Endmoment als während des gesamten Schraubprozesses. Deshalb muss der Automat sensibel arbeiten. Die Anlage wurde 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.

Passende Motor/Getriebe-Kombination

"Die Schubladen verfahren über zwei Y-Achsen im Automatikbetrieb", führt Stöber-Vertriebsmitarbeiter Guido Wittenauer weiter aus. Dafür lieferten der Antriebsanbieter 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 kommen Zahnstangentriebe der Baureihe ZVPE sowie Synchron-Servomotoren des Typs EZ zum Einsatz, bei der Z-Achse sind es ebenfalls EZ-Motoren mit Spindeltrieb. Damit die fünf Köpfe auf der Zahnstange nicht miteinander kollidieren, wurde ein dreifacher Kollisionsschutz implementiert - die Steuerung überwacht die Positionen zueinander, bei jeder X-Achse wurden die Software-Endschalter mit dem zulässigen Verfahrbereich parametriert, und zusätzlich befindet sich an jedem Kopf ein mechanischer Sicherheitsschalter. Für die Bohrspindel sollte ein möglichst kompakter Motor mit wenig Eigengewicht verbaut sein. Denn bleibt die zu bewegende Masse der fünf Achsen gering, lässt sich eine sehr schnelle Positionierung erreichen. Neben Bohren sollte auch anschließend noch Senken möglich sein. Hierfür sind hochdynamische Motorregelungen erforderlich. Mit dem eingesetzten LeanMotor lassen sich Drehzahl und Drehmoment stufenlos vom Stillstand bis zur Maximaldrehzahl bei voller Drehmomentkontrolle regeln - komplett encoderlos. Der Motor ist bei gleicher Leistung leichter und kompakter als ein Asynchron- und günstiger und robuster als ein Servoantrieb. Mit Wirkungsgraden bis zu 96 Prozent erreichen die Motoren die Effizienzklasse IE5. Da der Motor ohne Geber auskommt, war nur ein Standard-Leistungskabel ohne zusätzliche Adern oder Schirmung erforderlich.

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Zuverlässig im Hintergrund

Stöber hat die Motoren mit neun Doppelachsreglern aus der Baureihe SI6 kombiniert. Sie arbeiten auch bei anspruchsvollen Bewegungen zuverlässig im Hintergrund. Integriert sind die Sicherheitsfunktionen STO und SS1 (Safe Stopp 1), zertifiziert nach EN13849-1 (PLe/Kat.4). Konzipiert ist der 45mm breite Antriebsregler als Anreihgerät. Er kann bis zu zwei Achsen regeln. Durch die Aneinanderreihung mehrerer Geräte lässt sich die Anzahl der anzusteuernden Achsen frei skalieren. Die Installation der einzelnen Komponenten ist unkompliziert: Die Quick-DC-Link-Module ermöglichen ein einfaches Einklicken von Standardkupferschienen zur Energieverteilung sowie die leichte Montage der Antriebsregler. Die Kommunikation läuft über Profinet. Als Partner hat Stöber nicht nur die passenden Komponenten geliefert. "Wir haben uns auch um die mechanische Auslegung und Dimensionierung gekümmert", betont Wittenauer. Die Unterstützung begann schon in der Angebotsphase. Gemeinsam arbeiteten beide Seiten die kritischen Punkte Schritt für Schritt ab. "Die Idee, dass bei der X-Achse der Motor mit Getriebe und Zahnrad mit Schrägverzahnung eine Einheit bildet, wurde gemeinsam bei den Projektgesprächen entwickelt", sagt Geschäftsführer Gallenbach. Die Parametrierung der Achsen erfolgte unkompliziert vor Ort. "Die Auslegung unseres gesamten Maschinenkonzepts basiert unter anderem auf den Berechnungen der Motortechnik", resümiert Gallenbach.

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