Handhabung im Flüsterton Hintergrund

Technik

GETRIEBE/MOTOREN Leise, leicht und auch leistungsstark sind die Getriebe- und AktuatorLösungen von Wittenstein Alpha im neu konzipierten Feederplus von Strothmann.

26. Oktober 2009

Handhabungssysteme sowie Orientierungsstationen sind wesentliche Elemente bei der Verkettung von Pressen. Ihre Leistungsfähigkeit – insbesondere gemessen am Teiledurchsatz pro Minute sowie der Präzision und Wiederholgenauigkeit der Bewegungsabläufe – hat entscheidenden Einfluss auf die Nebenzeiten des eigentlichen Pressprozesses und damit auf die gesamte Amortisationszeit einer Pressenlinie.

Doch offenbar weisen gerade bei kleinen Pressenabständen die in der Praxis dominierenden Automatisierungslösungen – Doppelzuführ- und Orientierungssysteme oder Knickarmroboter – Effizienzdefizite auf. Daher hat man sich bei Strothmann Gedanken über ein verbessertes Handlingsystem gemacht.

Das Unternehmen entwickelt Automatisierungslösungen für den Maschinenbau und die Handhabungstechnik. Große Erfahrung haben die Ingenieure in der Presswerkautomatisierung, die sich sowohl in zahlreichen kundenspezifischen Komplettlösungen für die Pressenverkettung als auch in neu und weiterentwickelten Systemlösungen niederschlägt, wie eben dem Feederplus.

Dieses Linear-Roboter-System kann außer linearen Verfahrbewegungen auch Rotationsbewegungen in der Orientierungsachse des Roboterarms ausführen und vereint so die Vorteile von linearen Pressenfeedern und Knickarmrobotern. Es ist für Pressenmittenabstände von sechs Metern konzipiert und für eine Gesamt-Traglast von 125 Kilo ausgelegt.

»Durch die Überlagerung linearer Bewegungsabläufe erreicht dieses Handlingsystem einen deutlichen Zeitvorteil gegenüber herkömmlichen Robotern und ist so in der Lage, pro Minute bis zu zwölf Großteile auszubringen«, erläutert Jörg Rosenhäger, Leitung Konstruktion und Entwicklung bei Strothmann. »Dank der bis zu sechs Rotations- und Linearachsen besitzt das System die notwendigen Freiheitsgrade, um die Formteile während des Transfers von Presse zu Presse in verschiedene Richtungen zu orientieren.«

Dafür, dass dies schnell und dabei leise sowie mit höchster Präzision und einer Wiederholgenauigkeit unter einem Millimeter geschieht, sorgen neben den verwindungsarm ausgelegten Achsen des Systems auch Antriebskomponenten von Wittenstein Alpha.

Konkret sind dies spielarme Planetengetriebe mit Abtriebsflansch der Baureihe TP+, Servowinkelgetriebe SK+ als Ritzel/Zahnstangen-Komplettsysteme sowie kompakte und hochdynamische Rotations-Servoaktuatoren vom Typ TPM High Torque. Die optimierte Auslegung der Komponenten auf das Feedersystem erfolgte mit dem produkt- und wissensbasierenden Softwaretool Cymex 3.1 von Wittenstein Alpha.

»Insgesamt wurde für uns ein getriebetechnisches Lösungspaket geschnürt, sagt Rosenhäger, „das perfekt auf die Bewegungsabläufe, die Handlingfunktionen und die Anforderungen des Feederplus abgestimmt ist, auch hinsichtlich der Minimierung der zu bewegenden Massen.«

Jeweils an der Horizontalachse des Linearroboters und an der Linearschubachse des horizontal rotierenden Schwenkarms kommen Servowinkelgetriebe SK+ zum Einsatz. Das SK+ ist ein kompakter Winkelantrieb mit einer Drehzahlleistung von 6.000 Umdrehungen pro Minute. Dessen dauerfest ausgelegte Hypoid-Verzahnung bietet im Vergleich zu Servogetrieben mit Kegelradverzahnungen durch die Sprungüberdeckung mehrerer Zähne bis zu 200 Prozent mehr Drehmoment, eine hohe Verdrehsteifigkeit, höhere Übersetzungen in einer Stufe sowie ein wesentlich geringeres Laufgeräusch dank des stärker gekrümmten Verzahnungseingriffs. Die lineare Positionierung erfolgt über ein schrägverzahntes Ritzel auf der Getriebewelle über eine hochpräzise Zahnstange.

Dazu Konstruktionsleiter Rosenhäger: »Wittenstein Alpha war der erste Hersteller, der solch eine Servogetriebelösung mit Ritzel und Zahnstange als montagefreundliche Systemlösung aus einer Hand anbieten konnte. Hinzu kommt eine für solche Lösungen bislang unbekannte Präzision, die unter anderem auf die formschlüssige Ritzelbauweise sowie auf die geschliffene und verschleißfest oberflächenbehandelte Zahnstange mit einer Teilungs-Gesamtabweichung von nur zwölf Mikrometer auf 500 Millimeter zurückzuführen ist.«

Von außen kaum zu sehen ist das spielarme Planetengetriebe TP+ 500 mit Abtriebsflansch an der Hauptdrehachse des Feederplus. Durch sein maximales Beschleunigungsmoment am Abtrieb von 6.000 Newtonmetern rotiert es hochdynamisch.

Dank seiner Schrägverzahnung erreicht das schwingungsarme und laufruhige Planetengetriebe das hohe Performance-Niveau mit einer maximalen Antriebsdrehzahl von 3.500 Umdrehungen pro Minute bei einer Geräuschentwicklung von nur 64 Dezibel.

Minimaler Platzbedarf

Direkt am horizontal rotierenden Schwenkarm des Feederplus ist ein Servoaktuator des Typs TPM High Torque 025 montiert. Seine Aufgabe ist die Rotation der bis zu 125 Kilogramm schweren Tooling-Kippachse im Winkel von -25 bis +90 Grad. Nach den Worten von Rosenhäger waren für diese Aufgabenstellung neben hohen Beschleunigungswerten und der Genauigkeit vor allem die Minimierung des Platzbedarfs und die zu bewegenden Massen entscheidend: »Der TPM High Torque 025 ist etwa halb so groß wie ein herkömmlicher Servo-Getriebemotor und dementsprechend auch wesentlich leichter, das heißt, die für Beschleunigungen so kritische Trägheitsmasse ist deutlich geringer. Hinzu kommt, dass sonst oft erforderliche Antriebskomponenten wie ein Gegenlager oder eine Kupplung bei diesem Servoaktuator nicht benötigt werden.«

Die Software Cymex 3.1 ermöglicht die Dimensionierung und Beurteilung von kompletten Antriebssträngen in servogesteuerten Maschinen und Anlagen. Sie basiert auf einer Million verkauften Getrieben, jahrelangen Erfahrungen bei Systemsimulationen und FEM-Berechnungen sowie den Ergebnissen von Prüfständen, auf denen eine 100-prozentige Qualitätskontrolle aller gefertigten Getriebe durchgeführt wird. Die Berücksichtigung der maßgeblichen Einflussfaktoren und kundenspezifischen Parameter sowie die exakte Berechnung wird durch vordefinierte Standardapplikationen, zum Beispiel für Zahnstange-Ritzel-Antriebe, abstrahiert und dadurch erheblich erleichtert.

Das Programm bezieht die Produktspezifikationen als auch die jahrzehntelangen Erfahrungen von Wittenstein Alpha in die Auslegungsberechnungen mit ein und ermöglicht dem Kunden mittels eines erweiterten Auslegungsraums eine noch höhere Belastung der Getriebe.

Dies führt nicht nur – wie beim Feederplus – zu einer sicheren und effizienten Auslegung sowie Optimierung von Antriebssystemen, sondern auch zu einer größeren Leistungsausbeute und dem Einsatz kleinerer Getriebe, wodurch sich im Einzelfall erhebliche Potenziale zur Kosteneinsparung erschließen lassen.

HINTERGRUND

Der Feederplus von Strothmann

- Mit dem Handhabungssystem Feederplus benötigt der Anwender nur ein einziges Zuführsystem pro Pressenlücke.

- Es orientiert die Blechteile innerhalb seines Verfahrweges selbst und legt sie lagerichtig in die Presse ein.

- Das System arbeitet gerade bei kleinen Pressenabständen effizienter als Doppelfeeder oder Knickarmroboter.

- Über die richtige Auswahl und Dimensionierung von Getriebe- und Antriebskomponenten soll der Feeder auch künftig jedem Automatisierungsgrad, jedem Pressentakt und jeder Genauigkeitsanforderung folgen können.

- Der Feederplus von Strothmann handhabt bis zu zwölf Großblechplatinen pro Minute

Erschienen in Ausgabe: 05/2009