Mehr Power für 11-Achsen-Rotationslasersystem

In der Wellpappeverarbeitung hat sich die Rotationsstanztechnik zu einem wichtigen Bestandteil entwickelt. Die Karl Marbach GmbH & Co. KG mit Hauptsitz in Heilbronn fertigt Rotationsstanzformen für alle Maschinentypen und Zylinderdurchmesser. Vor einiger Zeit wurde mit der Projektierung und Entwicklung der Steuerungs- und Antriebstechnik des neuen Prototypen "twinlas" begonnen, einem sehr innovativen Rotationslasersystem mit 11 Achsen, und nach neun Monaten erfolgreich in Betrieb genommen.
Zu den konkreten Anforderungen zählten die volle Integrationsfähigkeit aller Komponenten, ein ausreichendes Leistungsspektrums der Verstärker und Motoren sowie die Fähigkeit des Zulieferers, das Marbach-Team bei der anwendungsspezifischen Auslegung der Motoren speziell in der Konfigurationsphase zu unterstützen. Hinzu kamen Kriterien wie kompakte Bauweise, geringe Schaltverluste in der Endstufe, einfache Bedienung und Installation sowie die Forderung nach einer offenen Hardware- und Softwarearchitektur.
Nach positiven Erfahrungen aus einem 4-Achsen-Projekt, bei dem bereits mit Danaher Motion zusammengearbeitet worden war, ging Marbach erneut auf den Antriebs- und Steuerungsspezialisten mit Europa-Zentrale in Düsseldorf zu. Nach eingehender Beratung durch die Danaher Motion-Spezialisten und einigen Tests entschied sich das Unternehmen dann für ein ganzes Bündel an inviduell angepassten Standardkomponenten des Zulieferers.

Unsymetrische Rotationslast kein Problem dank Direktantrieb
Zum Bewegen der Rotationswelle entschied sich Marbach für den Direktantrieb Cartridge DDR™, der eine ganze Reihe von Vorteilen bietet: Durch den direkten Anbau des Motors an die Rotationswelle entsteht eine extrem drehsteife mechanische Verbindung, die zusammen mit den Servoantriebseigenschaften eine außergewöhnlich exakte Positionierung ermöglicht. Der Direktantrieb von Danaher Motion zeichnet sich zugleich durch eine hohe Laufruhe aus, was aufgrund der unsymmetrischen Rotationslast bei der Fertigung von Rotationsstanzformen sehr wichtig ist.
Darüber hinaus benötigt der gewählte Motor wenig Platz: Zum einen stellt sich der komplette mechanische Antrieb als ein einziges, kompaktes Bauteil dar, zum anderen macht das innovative elektromagnetische Design des Cartridge DDR zudem einen Drehmoment möglich, der pro Motorvolumen um bis zu 50 % höher liegt als bei herkömmlichen DDR-Technologien. Weiterhin überzeugt der Antrieb durch seine Wirtschaftlichkeit: Da keine Wellenkupplungen, Riemenantriebe und Getriebe benötigt werden, reduzieren sich die Maschinenstillstandzeiten, eine Wartung ist unnötig.

Innovative Synchron-Servomotoren ermöglichen maximale Leistungsausbeute
Zur weiteren Bestückung der Anlage mit Synchron-Servomotoren wählten die Verantwortlichen bei Marbach die AKM-Motoren von Danaher Motion, die sich durch Kompaktheit, Robustheit, flexiblen Einsatz und Wirtschaftlichkeit auszeichnen. Spezielle Fertigungsverfahren ermöglichen die Lieferung diverser Baulängen, Wicklungsvarianten, Befestigungsalternativen sowie verschiedene Feedbacksysteme und Anschlusstechniken. Motoren mit gleichen Momenten sind in unterschiedlichen Baugrößen verfügbar. Auf Basis dieses Variantenreichtums, der Überlappung der Stillstandsmomente und Nenndrehzahlen sowie der Kombinationsvielfalt lässt sich für die jeweilige Applikation eine maximale Leistungsausbeute erzielen.
Als wichtiger Vorzug der AKM-Motoren wurde auch gesehen, dass durch das Vergießen aller einzelnen Elemente im Motor mit Epoxid-Gießharz auftretende Reibkräfte, Kurzschlüsse und damit letztlich Ausfälle vermieden werden. Ihre geringen Trägheitsmomente machen die Motoren zudem sehr dynamisch. Ebenso wichtig sind ihre geringen Coggingwerte: Betragen die Coggingwerte bei normalen Motoren bei ± 2 % aus, so liegen sie für die AKM-Baureihe unter ± 0,75 %. Gerade in sensiblen Applikationen, die einen extremen Gleichlauf der Motoren benötigen, ist das ein entscheidender Aspekt.

Leicht bedienbare Servoverstärker liefern beste Performance und Dynamik
Angesteuert werden der Cartridge DDR-Direktmotor und die AKM-Motoren über die digitalen Servoverstärker der Serie SERVOSTAR™ 600. Das Unternehmen hatte bereits in dem ersten Projekt gute Erfahrungen mit der Integrierbarkeit, dem Regelverhalten, der Performance und Dynamik sowie der einfachen Bedienoberfläche dieser Komponenten gemacht und wusste, dass sie den hohen Anforderungen gerecht werden würden. Unter anderem lässt sich mit ihnen eine Datenübertragungsrate von 16 Mbaud erzielen, und eine µs-genaue Synchronisation gewährleistet eine exakte und schnelle Mehrachssteuerung.
Positiv viel auch auf, dass viele Regelfunktionen und Bewegungen, auch ruckfreie, direkt ausführbar sind und keiner zusätzlichen Programmierung bedürfen. Der integrierte Lageregler bietet eine Zykluszeit von 250 µs und erspart für eine Vielzahl von Anwendungen zusätzliche NC-Funktionalität. Beim SERVOSTAR 600 lassen sich bis zu 180 Fahrsätze hinterlegen, zusätzlich stehen 16 verschiedene Referenzfahrten und 4 Positionsregister zur Verfügung. Geschwindigkeitsprofile, Absolut- und Relativfahrten können problemlos definiert, Fahraufträgen verkettet werden. Der Servoverstärker erhält von einem inkrementellen Drehwinkelgeber, dem Encoder, den Lagesollwert und regelt die Position der Motorwelle synchron zu diesem Führungssignal.

Zerspanende Bearbeitung mit Hochfrequenzumrichter noch effizienter
Zur Ansteuerung einer Hochfrequenzspindel mit 30.000 Umdrehungen entschied sich Marbach für die Hochfrequenzumrichter der Serie ACO5000. Sie verfügen über eine maximale Ausgangsfrequenz von bis zu 5.000 Hz und einen Nennstrom von 5 bis 20 Ampere. Hohe Beschleunigung, kurze Bremszeiten, RI- und Schlupfkompensation, Einhaltung fester Drehzahlen, Ausschluss von "verbotenen Frequenzen" und vieles mehr kennzeichnen die Leistungsstärke dieser neuen Hochfrequenzumrichter.
Ein weiterer großer Vorteil besteht in der "ACOMEL-Zwischenkreislösung", die dazu beiträgt, die Erwärmungsproblematik während des Spindelbetriebs deutlich zu reduzieren. Die ACO5000-Umrichter bieten ein modulares Design und lassen sich zur Ansteuerung von bis zu vier Achsen kombinieren. Die Ansteuerung erfolgt in diesem Projekt über Klemmen, kann wahlweise auch über eine spezifische Bedieneinheit, CAN oder Profibus vorgenommen werden. Die Hochfrequenzumrichter lassen sich komfortabel mit Hilfe PC-basierter Konfigurationssoftware einrichten und programmieren.

Internationale Ausrichtung von Danaher Motion bietet Sicherheit
Neben diesen vornehmlich technisch orientierten Anforderungen kam den Fragen nach Wirtschaftlichkeit und Service ebenfalls eine hohe Bedeutung zu. Aufgrund des globalen Vertriebs der Sondermaschinen aus dem Haus Marbach müssen die Zulieferkomponenten weltweit einsetzbar sein. Danaher Motion stellt dies unter anderem durch Anschluss an alle geerdeten Industrienetze, durch Erfüllung aller CE- und UL-Normen sowie einen bereits integrierten Netzfilter sicher. Hinzu kommt, dass der Zulieferer global vertreten ist und daher viel Erfahrung mit den technischen Gegebenheiten in den jeweiligen Einsatzländern besitzt. Diese Präsenz und die Tatsache, dass es sich bei den eingesetzten Systemen um Standardprodukte mit sehr hoher Auflage handelt, bietet Marbach die Sicherheit, auch in möglichen Problemfällen oder bei der Ersatzteilbeschaffung einen zuverlässigen Partner an der Seite zu haben.