Hoher Durchsatz von Bürstenmaschinen: Mit hochdynamischen Servoreglern bis zu 20 Achsen steuern

Die 1902 von Anton Zahoransky gegründete Todtnauer Werkstatt hat sich in den mehr als 100 Jahren zum weltweit führenden Unternehmen in der Bürstenmaschinenbranche entwickelt. Die 340 Mitarbeiter an den Produktions-Standorten Todtnau und Freiburg erzielten im Jahr 2005 einen Umsatz von 45Mio EUR mit einem Exportanteil von 85%. Der Forschungs- und Entwicklungsaufwand von 6% und die seit 1992 anhaltende enge technologische Zusammenarbeit mit dem Antriebsspezialisten SSD Drives führen ständig zu Innovationen und Verbesserungen. Zweigbetriebe in Spanien und Indien sowie Vertriebs-Niederlassungen auf der ganzen Welt sorgen für ein ungebrochenes Wachstum. Die bis in die fünfziger Jahre verwendeten Werkstoffe, wie Holz und Naturborsten, wurden größtenteils durch Kunststoffe ersetzt. Daher umfasst das nach ISO9002 zertifizierte Unternehmen auch den Spritzguss-Formenbau und die Bereiche Zahnbürsten, Blisterverpackungen, Mascara- und Interdental-Bürsten sowie Haushalts- und technische Bürsten. Maschine für Haushalts- und technische Bürsten Der Karussell-Zwillings-Fertigungsautomat C224MT mit vier Achsen (Bild 1) dient zum Bohren, Stopfen und Fertigbearbeiten von Bürsten und Besen bis zu einem Lochdurchmesser von 7,5mm und einer Länge bis 450mm. Die angelieferten Bürstenkörper aus Kunststoff, Holz oder Aluminium werden in der Vereinzelungsstation maschinengerecht ausgerichtet und von den zwei Greifern direkt in die Maschine eingelegt. Anschließend fahren je zwei Bürstenkörper die verschiedenen Bohrpositionen an. Gleichzeitig werden in der nachfolgenden Station die Bürstenbündel durch das Stopfwerkzeug in die bereits gebohrten Löcher gestopft. Ein Doppelgreifer entnimmt die fertigen Bürsten und legt sie auf das Ausgangsförderband. Hierbei bestimmt die hohe Dynamik der Einzelantriebe den Durchsatz der Maschine von bis zu 920 Bündeln pro Minute. Die Synchronisation erfolgt über ein internes Bussystem mit drei parallel arbeitenden Bustechnologien. Für die Synchronität der zahlreichen Achsen sorgen elektronische Kurvenscheiben. Diese sind in dem Hochleistungs-Servoregler 637f (Bild 3) von SSD Drives integriert. Universeller Bohr- und Stopfautomat Der universelle 5-Achsen-Bohr- und Stopfautomat ET125MT/T (Bild 2) zur Herstellung von technischen Bürsten bietet hohe Leistung bei hoher Zuverlässigkeit und Vielseitigkeit. Er verfügt über einen Sechs-Achsen-Industrieroboter zur Be- und Entladung der Tellerbürsten sowie zur Übergabe der Bürsten in die integrierte Abschermaschine AMT2. Die automatische Oberteilverschiebung ermöglicht ein Arbeiten ohne Umspannung. Die freiprogrammierbare CNC-Steuerung mit Teach-In-Programmierung ermöglicht ein sicheres, einfaches und schnelles Programmieren der fünf Servoachsen. Die stufenlose Drehzahlregelung mit digitaler Drehzahlanzeige sorgt für einen Durchsatz von 350-450 Bündeln pro Minute. Die zwei Hochgeschwindigkeits-Bohrmaschinen mit elektronischer Drehzahlregelung bis 25.000min-1 laufen sehr ruhig. Die Umstellzeiten betragen je nach Muster nur 5 bis 15min. Auch hier sorgen die in dem Hochleistungs-Servoregler 637f von SSD Drives integrierten elektronischen Kurvenscheiben für die Synchronität der zahlreichen Achsen. Hochleistungs-Servoregler Die Servoregler 637f von SSD Drives mit 3×16-460VAC-Anschluss und Ausgangsströmen 2 bis 30A haben sehr schnelle Regelkreise und eine integrierte Positioniersteuerung mit neuer Software-Architektur. Sie ermöglichen die High-Speed-Synchronisation mehrerer Regler, den \“Sicheren Halt\“ nach EN954-1, diverse Rückführungsoptionen wie Hiperface(R)-Encoder, Rotorlagegeber, Resolver und Linearmaßstab sowie verschiedene E/A-Erweiterungen. Über den zweiten CAN-Bus sind ein Multi-Drive-Setup und eine mehrachsige Bewegungssteuerung möglich. Die bewährte Baureihe verfügt über zahlreiche Optionen und erfüllt alle Anforderungen von Strom-, Drehzahl- oder Lageregelungen bis hin zu anspruchsvollen Mehrachs-Applikationen. Das Herzstück der Regler ist ein Hochleistungsprozessor, der alle internen Regelkreise in 105µs abtastet. Als Optionen/Zubehör bietet SSD Drives u.a. externe Bremswiderstände, Konfigurationssoftware Easyrider (R), diverse Busmodule, externe EMV-Filter, konfektionierte Leitungen und ein intelligentes Bedienterminal. Hochleistungs-Stopfmaschine für Zahnbürsten Die Stopfmaschine Z4E mit verstellbarem Stapelmagazin eignet sich für die meisten Zahnbürstenkörper und führt die Körper automatisch vom Handmagazin in die Einspanntrommel Uniclip. Die Drehung der Trommel erfolgt durch einen Servomotor. Die Maschine verfügt über eine Zwei-Achsen CNC-Steuerung über Servomotoren mit optionalem Tiefenausgleich durch eine dritte CNC-Achse sowie einen Drehstrom-Bremsmotor 0,37kW, 1.400min-1. Durch die Verwendung von Servomotoren und verbesserten Kugelrollspindeln für den Schlittenantrieb sowie einer verbesserten Software wird eine Leistung von 850 Bündeln pro Minute erreicht. Die hier eingesetzte neue Servoregler-Generation 638 (Bild 4) von SSD Drives verfügt über einen Nockenprofil-Speicher und Mehrachsenfunktionalität mit möglicher Überlagerung mehrerer Bewegungsprofile oder Sollwerte. Servoregler der neuesten Generation Die Low-Cost-Servoregler der Serie 638 (Bild 4) mit 1 oder 3×14-230VAC Anschluss und 232mm Einbautiefe sind eine Weiterentwicklung der Baureihe 635. Sie haben analoge und digitale Ein- und Ausgänge und liefern Ausgangsströme von 1, 2, 4 oder 6A. Dabei ist kurzzeitig eine zweifache Überlastung möglich. Das Safety-on-Board Konzept entspricht der Sicherheitskategorie 3 nach EN954-1. Die Rückführung kann wahlweise über Resolver, Hiperface(R)-Encoder oder Sin/Cos-Lineale erfolgen. Die Geräte verfügen über einen CAM-Profil-Speicher und Mehrachsenfunktionalität mit möglicher Überlagerung mehrerer Bewegungsprofile oder Sollwerte. Zudem ist es möglich, im Regler mehrere Programmstrukturen abzulegen. Das sogenannte Bias-Programm ist eine intelligente, zeilenorientierte Anwendersoftware mit Programmier-Oberfläche. Das eingebaute EMV-Filter entspricht der industriellen Störklasse A nach EN50081-1. Die gängigen Bussysteme sind verfügbar: Profibus DPV1/V2, CANopen 402 mit Interpolated Mode, DeviceNet und Interbus. Das zweite interne Bussystem CAN2 lässt sich immer aufbauen. Die Regler eignen sich für Strom-, Drehzahl- und Lageregelung von Linear-, Torque- und rotativen Motoren. Anwendererfahrungen Alfons Zeiher ist bei Zahoransky für die Elektronik zuständig. Er schätzt bei SSD Drives die Beratung, die Flexibilität und schnelle Reaktion des SSD Werks für Servosysteme im badischen Bad Schönborn. Die hohen Anforderungen der Maschinen, die immer nahe an der Obergrenze arbeiten, führen häufig zu gemeinsamen Entwicklungen, die später auch anderen Kunden zugute kommen. Die zuverlässigen Servoregler mit CE-, UL- und CUL-Zulassung haben eine hohe Regelgüte und gewährleisten einen hohen Maschinendurchsatz. Um auf Losabrufe gemäß Rahmenvereinbarung schnell reagieren zu können, hält SSD Drives ein Los aller eingesetzten Geräte am Lager.