Mit Präzision und Prozesssicherheit: SPS und Servoantrieb für feinste Streckmetallgeometrie

Kaum jemand kennt Streckmetall, doch ist es in vielen Bereichen des Alltags unverzichtbar. Ob Batterie, Auto oder Dunstabzugshaube mit Metallfilter: Jeder nutzt es täglich. Um ein Metall in diese flexible, wohlstrukturierte Form zu bringen, ist Know-how gefragt. Rohbleche werden durch gezielte Stanzschnitte und definiertes Strecken umgeformt. Hierbei sind Präzision und Prozesssicherheit gefordert. Eine abgestimmte Kombination aus SPS, Servoantrieb und optischer Überwachung erfüllt die Anforderungen für den Streckmaschineneinsatz. Nur damit werden eine hohe Produktqualität und schnelle Umrüstung auf neue Geometrien ermöglicht. Für Streckmetall werden Halbzeuge wie Bleche oder Tafeln durch Schneidmesser eingeschnitten, quer zur Blechebene verformt und gleichzeitig in der Länge gedehnt. Das entstehende Streckmetall ist aufgrund der kleinen flexiblen Metallstege in sich elastisch, verformbar und trotzdem stabil. Die Herstellung erfordert jedoch viel Erfahrung – vor allem wenn hochwertige Qualitäten aus sehr dünnem Ausgangsmaterial hergestellt werden sollen. Um die Abstimmung von Hubzahl der Messer, individuellem Vorschub der Streckeinrichtung und optischer Überwachung zu optimieren, arbeitet die Bender GmbH, Hersteller von Streckmetallfertigungsmaschinen, mit Omron zusammen. Theorie und Fertigungspraxis Speziell bei sehr dünnen und damit flexiblen Ausführungen des Streckmetalls ist es wichtig, die Toleranzen der Fertigung in engen Grenzen zu halten. Je kleiner die Struktur, umso geringer ist auch die Fehlerbandbreite zu halten. Bei Tafeln von 0,03 bis 3mm Dicke und unterschiedlichen Materialien wie NE-, Edelmetallen, speziellen Legierungen oder Kunststoffplatten z.B. für Abstands-Isolatoren ist es leicht einsehbar, dass für die richtige Bearbeitung jeweils eine andere Parameterabstimmung nötig ist. Bedenkt man, dass die Streckmetallgeometrien bei den einzelnen Materialien abhängig vom Einsatzzweck zusätzlich vielfältig variieren, erkennt man, dass hier eine leistungsfähige Datenverarbeitung und sichere Aktuatorik gefragt ist. Der Spezialist für Streckmetalle fertigt nicht nur die Maschinen zur Produktion, er setzt dieselben auch in seiner eigenen Herstellung ein. So kann er eigene Erfahrungswerte aus der Fertigung in die Entwicklung neuer Maschinenkomponenten einfließen lassen. Auch für die Beratung der Endkunden ist das so selbst erarbeitete Know-how wichtig. Das hilft auch bei der Optimierung der Anlagen durch neue Steuerungskomponenten. In Zusammenarbeit mit Omron und deren Systemintegrator Robers + Co. Ingenieurges. mbH ließ sich so die Fertigung der \’Gitternetze\‘ entscheidend verbessern. Aufgrund präziser Vorgaben haben die Automatisierungsexperten sowohl einen Komponenten- als auch einen Programmiervorschlag erarbeitet. Mit der Feinabstimmung in der eigenen Fertigung wurde dann ein serienreifes Produkt erstellt. Eine Frage des Taktes Eine Art gezahntes Messer stanzt Schlitze in eine Tafel und verformt dabei das Blech vertikal. Gleichzeitig dehnt es das Blech in der Länge. Je höher nun die Taktzahl ist, umso höher ist auch die Ausbringung der Maschine. Da bei jedem Hub zahlreiche Parameter einzuhalten sind, ist eine leistungsfähige SPS vonnöten. Durch den Einsatz der Universal-SPS CP1H konnte die Taktzahl von 600 auf über 800 Takte/min gesteigert werden. \’\’Die höhere Taktzahl ist ein angenehmer Nebeneffekt\’\‘, sagt Dipl.-Ing. Klaus Bender. \’\’Wichtiger für uns ist aber die einfache Programmierung mit der Möglichkeit, die Variable für den Vorschub stufenlos einstellen zu können\’\‘. Zusammen mit den Omron-Servoschnitttiefenreglern können neue Strukturen im Streckmetall programmiert werden. Statt bisher nur 60 fest vorprogrammierter Schrittweiten ist damit eine exakt an Material und aktuelle Gittergeometrie angepasste Schrittweite möglich. Das ist vor allem für die Produktion feiner Strukturen von Vorteil. Mithilfe von vier integrierten Zählern und vier Impulsausgängen eignet sich die SPS für die hier geforderte Mehrachsenpositionierung. Die Grundprogrammierung übernahm Omron, ebenso wie die Schulung der Programmierer des Herstellers. Nach kurzer Einarbeitungszeit werden nun alle Komponenten vom Anwender selbst individuell programmiert und eingerichtet. Auch eine flexible, hochwertige Steuerung kann nur so gut arbeiten, wie es die angeschlossene Peripherie zulässt. Für die individuelle Bedienung wurde daher ein 5,7\“-Bedienterminal vorgesehen. Es bietet bis zu 16 Graustufen in Monochromausführung und bis zu 32.768 Farben als Farbdisplay. Über eine USB-Schnittstelle oder Kommunikation über Ethernet ist es flexibel an die Steuerung anschließbar. Neben der Bedienung ist die exakte Ausführung der berechneten Befehle die dritte Voraussetzung für Qualitätsprodukte. Ein Servotreiber und SmartStep-Servoantrieb stehen für die reibungslose Umsetzung der SPS-Anweisungen in definierte Vorschubschritte. Der SmartStep hat einen Impulsketteneingang und kann über einfache Schalter konfiguriert werden. Eine automatische Online-Autotuning-Funktion erleichtert die Einrichtung. Optische Qualitätskontrolle Da mechanische Anlagen immer einem Verschleiß unterliegen, ist die Steuerung für eine hohe Qualitätsproduktion auf eine Rückmeldung angewiesen. Für diese Aufgabe setzten die Spezialisten auf eine einfache Bildverarbeitung. Der ZFV ist ein bildverarbeitender Sensor, der nach einmaliger Teach-In-Programmierung sofort einsatzbereit ist. Ein einfacher Soll-Ist-Wertvergleich ermöglicht es, den Verschleiß des Stanzmessers zu bestimmen und bei Überschreitung des vorgegebenen Toleranzwertes die SPS zu informieren. Mithilfe dieser Onlinekontrolle des gerade hergestellten Streckmaterials ist die Produktion nicht maßhaltiger Stücke praktisch ausgeschlossen. Eine optimale Abstimmung von Steuerungskomponenten, Aktuatorik mit nachfolgender optischer Produktkontrolle war das Ziel der Entwickler. In enger Zusammenarbeit zwischen Anlagenbauer und Automatisierungsexperten wurden diese Vorgaben in die Praxis umgesetzt. Da alle Komponenten wie auch die Erstprogrammierung aus einer Hand stammen, gab es keine Abstimmungsprobleme. Die gefundene Lösung erfüllt die erwarteten Anforderungen und verbessert sowohl die Ausgangsleistung als auch die Ausgangsqualität der neuen Anlagenserie. Kasten 1: Was, wie, wofür Streckmetall? Rein technisch gesehen ist Streckmetall ein Halbzeug mit Öffnungen in der Fläche. Diese entstehen durch versetzte Schnitte ohne Materialverlust in Bänder oder Tafeln bei gleichzeitig streckender Verformung. Das Material hängt dabei immer noch gitterartig zusammen. Es ist beliebig zuzuschneiden oder zu verformen, ohne den Zusammenhalt zu verlieren oder sich aufzulösen, wie es bei Geflechten oder Webware der Fall ist. Aus diesen Gründen eignet es sich für viele Anwendungen, die hohe Anforderungen an Haltbarkeit, Dehnung und Formstabilität auch kleiner Stücke stellen. Selbst besondere Ausgangsmaterialien wie Edelstahl, besondere Legierungen aus Aluminium, Nickel usw. oder reine Edelmetalle lassen sich so verlustfrei verarbeiten. Alle duktilen Materialien wie Metalle oder Kunststoffe von 0,03 bis 3mm Stärke für Feinstrukturen sind für die Verarbeitung zu flexiblen Gittern geeignet. So flexibel wie die Materialauswahl ist auch das Einsatzgebiet der Streckmetalle: Die Bandbreite reicht vom Metallküchenfilter an der Dunstabzugshaube über Stützgewebe bei Ölfiltern oder Schlagisolierung keramischer Autokatalysatoreinsätze bis hin zur Medizintechnik.