Linearmotoren Einsatz von Linearmotoren bei einer Sägemaschine setzt Optimierungspotenziale frei

Wenn Automatisierungsabläufe optimiert werden, genügt es nicht, einzelne Bearbeitungsschritte hintereinander zu setzen und einzeln auf Taktzeit zu trimmen, sondern diese optimal zu verflechten. Das Beispiel einer Rohbretterzuschnitt- und -kommissionieranlage zeigt, wie Handhabungsachsen, Linearmotoren, digitale Bildverarbeitung und CNC-Bearbeitungsachsen auf engsten Raum den Materialverschnitt um 50% reduzieren können.

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Maxon Motor GmbH

Renishaw GmbH

Franke GmbH

SEW-EURODRIVE GmbH & Co KG

Dass auch heutzutage eine qualitativ hochwertige wettbewerbsfähige Fertigung in Deutschland möglich ist, zeigt die enge Zusammenarbeit von vier deutschen Unternehmen: Das Unternehmen Schlapp-Möbel in Neu-Anspach ist Hersteller von Stühlen, Tischen, Betten. Der Geschäftsführer des Unternehmens hat sich das verschnittminimale Sägen und Schneiden der Rohbretter (Bohlen) aus dem Sägewerk in produktbezogene Kanteln durch ein Patent gesichert.

Zusammen mit dem Sondermaschinenbauunternehmen Röhmig hat man dazu die entsprechende Maschine entwickelt (Bild 1). Das Unternehmen Soft Control in Darmstadt war Partner für die Softwareerstellung und digitale Bilderkennung. Als vierter Systempartner lieferte SEW-Eurodrive die passende Antriebs- und Steuerungstechnik.

Gemeinsam wurde eine einzigartige Maschine realisiert, die zuerst die 5,5 m langen, 0,7 m breiten und 2 bis 5 cm dicken abgelagerten Holzbohlen mit einem Kamerasystem auf der Oberseite und Unterseite einscannt. Die Bildverarbeitungssoftware platziert in den Gutbereich ohne Astlöcher, Rindenstücke und Risse die auszusägenden Kantelbretter und generiert die Verfahraufträge für die nachgelagerte CNC-Bearbeitung. Das Brett wird nach unten übergeben und in den Sägebereich hineingeschoben. Dadurch kann ein Brett geschnitten und gesägt werden, während das nächste eingescannt wird. Im Sägebereich arbeiten zwei Zustellschlitten.

SEW-Antriebstechnik für zahlreiche Automatisierungsabläufe

Nach dem Kappschnitt wird die Sägeplattform bis zu ±15 ° zur Vorschubrichtung des Brettes gedreht und die Sägeblätter wieder in Längsrichtung geschwenkt. Ein schräger Schnitt ist besonders anspruchsvoll für die Antriebs- und Steuerungstechnik, weil die Zustellschlitten so mit der Vorschubachse synchronisiert werden müssen, dass ein sauberer, gerader Schnitt entsteht. Passen mehrere kleine Kanteln nebeneinander in die Bohle, muss der Vorschub nach dem Sägen schnellstmöglich zurückziehen und die Vorschubachsen müssen neu ausgerichtet werden.

SEW-Eurodrive bietet Systemlösungen, die in allen Komponenten Getriebe, Motor, Umrichter und Maschinensteuerung umfassend und skalierbar sind. Für besonders preissensible Hilfsachsen können zum Beispiel geberlose Asynchronmotoren mit Stirnradgetriebe über dezentrale Umrichter Movimot oder Schaltschrankumrichter Movitrac angesteuert werden. Für schnelltaktende, dynamische Maschinenelemente stehen Linearmotoren und Planetengetriebe-Servomotoren bereit – angesteuert durch die Antriebsumrichter Movidrive oder das modulare Servosystem Moviaxis mit Energieaustausch über Zwischenkopplung.

In der Praxis kann damit zum Beispiel beim Einsatz von Moviaxis auf den Einsatz eines Bremswiderstandes komplett verzichtet werden, wenn bei einem Zwei-Achsportal die Hubachse einen großen Haltestrom benötigt, während die Fahrachse beschleunigt oder verzögert. Damit entfällt auch die Gefahr durch leicht entzündlichem Holzstaub, wenn sich ein Bremswiderstand auf dem Schaltschrankdach befinden würde. Bei einer Systemlösung aus einer Hand werden die Antriebseinheiten durch eine Maschinensteuerung Movi-PLC koordiniert.

Bei den CNC-Achsen der Zuschnittsanlage wurde das Technikpaket Synchronlauf für bis zu 64 Achsen eingesetzt. Die Applikationslösung „Handling“ der Movi-PLC eignet sich für bis zu vier interagierende Koordinatenachsen und ist für die vorgelagerte Pick-&-Place-Achsen einsetzbar. Mit Hilfe einer grafischen Oberfläche kann der Maschinenbediener die Stützpunkte der Portal-Kinematik einlernen (teachen) und zu Bahnen zusammensetzen. Durch den automatischen Überschliff werden Taktzeiten optimiert und die Gesamtbewegung wird harmonisch und materialschonend. Durch Wartepositionen im Bereich der Entnahme oder Ablage (Breakpoints) und variable Übergabe-(Override-)Geschwindigkeit kann die Handhabungseinheit auf den vor- oder nachgelagerten Materialfluss synchronisiert werden.

Linearmotoren ermöglichen einfache Gesamtkonstruktion

Ursprünglich war für die Vorschubachse des Brettes und der Zustellachsen der Kreissägen eine Konstruktion mit rotativen Motoren geplant. Nach der ersten Vorstellung der SL2-Motoren Advance mit Montagekühlbrücke von SEW-Eurodrive wurde schnell klar, dass sich die Motoren so einfach anbauen lassen wie normale Getriebemotoren. Bei einer rotativen Lösung wären Adapter, Kupplungen, Drehmomentstützen oder diverse weitere Kleinteile notwendig gewesen (Bild 2).

Beim SL2-Advance werden einfach die Magnetplatten zwischen die Profilschienen geschraubt und der Motor mit den Standardführungswagen nach DIN654-1 aufgeschoben. Andere Maschinenhersteller, die bereits auf Linearmotoren umgestellt haben, berichten von bis zu 20% Kosteneinsparung bei der Gesamtkonstruktion durch reduzierte Teile, modulare Maschinenelemente und verkürzte Durchlaufzeiten.

Weitere Gründe, die CNC-Achsen Vorschub und Zustellschlitten mit SL2-Linearmotoren auszurüsten, waren die hohe Dynamik und die hohe Präzision ohne zusätzliche Hilfen wie einem zweitem Geber an der Strecke. Der Vorschub drückt das Brett mit bis zu 4000 N gegen die Sägen und kann mit hoher Dynamik das Brett zurückziehen. Vorschubachsen stellen oft extreme Anforderungen an den Antrieb in Bezug auf Beschleunigungsvermögen, Laufleistung, Steifigkeit, Positioniergenauigkeit und Dynamik. Die Leistung der nachgelagerten Bearbeitung hängt entscheidend von der Wartezeit für den nächsten Schnittbeginn ab.

Der Materialtransport ist eine notwendige Funktion aber kein Vorgang mit Wertschöpfung. Kommt es beim Vorschub zu einer außerplanmäßigen Blockfahrt oder Verklemmung, schaltet ein Linearmotor sofort ab und ist, nachdem die Störung behoben wurde, sofort wieder fahrbereit. Bei Spindelachsen oder Zahnriemen ergeben sich dabei oft unangenehme Stillstandszeiten durch verklemmte Spindeln oder gedehnte oder übergesprungene Zahnriemen.

Für die Synchronität der Bearbeitungsachsen mit der Vorschubachse sorgt ein virtueller Leitgeber auf den alle Antriebe eingekuppelt sind. Dieser Leitgeber ist Bestandteil des Technikpaketes auf der Movi-PLC basic und wird einfach wie ein physikalischer Antrieb positioniert. Die übergeordnete Anlagensteuerung übergibt lediglich die Verfahrsätze an die Modulsteuerung Movi-PLC. Eingesetzt sind lineare Hiperface-Absolutgeber. Diese eignen sich bis 6 m/s Verfahrgeschwindigkeit, 40 m Verfahrlänge und für grobe Anbautoleranzen bis ± 0,8 mm. Alle Achsen sind deshalb nach dem Einschalten sofort verfahrbereit.

Der vierte Antrieb schwenkt die Bearbeitungsplattform mit den Vorschubachsen und den Kreissägen im passenden Winkel für den nächsten Schnitt. Für optimale Taktzeiten wurde dort ein hochdynamischer Synchronservomotor CMP63 eingesetzt. Während des Zuschnitts erfolgt der Scanvorgang des nächsten Brettes. Für diesen Vorgang wurde ein Flachgetriebemotor eingesetzt. Alle Motoren werden durch Movidrive-Umrichter (Bild 3) angesteuert, die über den Systembus mit der Modulsteuerung Movi-PLC verbunden sind.

Projektunterstützung durch Anwendungsspezialisten

Besonders hilfreich während des ganzen Projekts – von der ersten Anfrage bis zur Abnahme durch den Endkunden – war die Unterstützung durch einen technischen Ansprechpartner in der Region. Er unterstützte bei der Berechnung der Antriebe und der Auswahl der Komponenten, er schulte die Montage der Linearmotorkomponenten, er nahm den Umrichter und den Motor in Betrieb, er half bei der Optimierung der Achsen, er erstellte das SPS-Programm in der Modulsteuerung und beriet bei der Schnittstellenanbindung zur SPS in der Leitebene. In kritischen Momenten war er schnell vor Ort – unkompliziert und ohne Vorabbestellung.

Lothar Berger ist Mitarbeiter der Abteilung Servo Drive Technology Engineering und Andreas Nommel ist regionaler Anwendungstechniker bei der SEW Eurodrive GmbH & Co. KG in 76642 Bruchsal,Tel. (07251) 75-0, Fax (07251) 75-1970, sew@sew-eurodrive.de

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