Bild: HepcoMotion/ Beckhoff
Jetzt aber schnell einpacken

Ein Linearführungsexperte hat für das lineare Transportsystem XTS von Beckhoff speziell auf Stabilität und Langlebigkeit ausgelegte Führungssysteme entwickelt. Wie der Beitrag zeigt, eignet sich das Duo aus XTS mit den komplett aus gehärtetem Stahl gefertigten Führungsschienen und Laufwagen besonders für Anlagen, die rund um die Uhr laufen und mit hohen Beschleunigungen arbeiten – also auch für Verpackungslinien.

 

In der Medizintechnik und der Lebensmittelherstellung müssen bei meist hoher Geschwindigkeit Packungen befüllt oder Produkte verpackt werden. Die dafür verwendeten Transportsysteme sollen flexibel sein hinsichtlich der Umstellung auf andere Losgrößen und dabei minimale Ausfallzeiten aufweisen. Mit konventionell angetriebenen Systemen ist das aber oft nicht möglich. Ein Grund: Diese starren Transportsysteme müssen bei jeder Veränderung manuell umgebaut werden, was immer wieder zu unwirtschaftlichen Stillstandzeiten führt.


Die Lösung liegt in dem von Beckhoff entwickelten eXtended Transport System (XTS), dessen ohnehin sehr breites Anwendungsspektrum nun durch das langlebige und präzise Führungssystem von HepcoMotion erweitert wird. So können hohe Produktionsraten bei gleichbleibender Positioniergenauigkeit und großer Stabilität des Systems erreicht werden. Die Änderung der Losgrößen ist bei diesem softwarebasierten XTS-Konzept unproblematisch. Ob Losgröße 1, 4 oder Massenware - die Steuerungssoftware von Beckhoff wird entsprechend der neuen Losgröße parametriert und die Produktion läuft ohne Unterbrechung weiter. Ein fliegender Produktionswechsel also, der sich positiv auf die Produktionsleistung auswirkt.

 

Ein System mit vielen Möglichkeiten


Das XTS-System besteht aus wenigen Komponenten: Industrie-PC mit Steuerungssoftware, elektromagnetischer Antrieb, kabellose, komplett aus Metall gefertigte, magnetisch angetriebene Mover (Laufwagen), Führungsschienen und Streckenmodule. Die Streckenführung und Anzahl der Mover sind dabei variabel.


Die verwendete elektromagnetische Linearmotortechnologie bewegt die Laufwagen auf einem stabilen Schienensystem aus Stahl. Der Linearmotor bewirkt extrem hohe Geschwindigkeiten und schnelle Bewegungen, wodurch sich die Produktionsrate erhöht. Mit dem XTS sind selbst in einer Ovalform sehr hohe Geschwindigkeiten möglich. Bei Lösungen, die mit klassischem Antrieb über Zahnriemen und Elektromotor arbeiten, ist die Geschwindigkeit im Oval dagegen limitiert. Jeder XTS-Mover ist aufgebaut aus einem Führungssystem aus Stahl, Dauermagnet und Encoder. Der Encoder übermittelt den jeweiligen Standort des Movers an die Steuerung. Der Motor selbst ist ein langgezogener Elektromagnet, zu dem der Dauermagnet des Wagens mit einem definierten Abstand parallel läuft. Diese Technologie macht das XTS verschleißarm. Mit dem HepcoMotion-Führungssystem laufen die Mover sehr stabil, so dass auch größere Massen (bis ca. 5 Kilogramm) bewegt werden können.

 

Jeder Mover ist ein Individualist


Der Clou an dieser Technologie ist: Jeder Mover kann – gesteuert als einzelne Servoachse – mit individueller Geschwindigkeit bewegt werden. Im Gegensatz zum klassischen Antrieb über Zahnriemen und Kette, bei denen die Laufwagen immer im festen Abstand angeordnet sind, können hier die Abstände zueinander variieren. Durch eine elektronische Abriegelung wird verhindert, dass die Wagen zusammenstoßen. Ein oder mehrere Mover können auf dem XTS unabhängig voneinander gesteuert werden. Das bedeutet eine maximale Individualisierung des Produktionsprozesses.


Diese individuelle Steuerung der Laufwagen schafft Produktionsmöglichkeiten, die es vorher nicht gegeben hat. Es sind komplexe Hochgeschwindigkeits-Bewegungsprofile möglich, ohne die Positioniergenauigkeit zu beeinträchtigen. In Abhängigkeit von der zu transportierenden Masse und ihrer Position, lassen sich Geschwindigkeiten bis zu 4 m/s und kurzzeitige Beschleunigungen von 100 m/s² – das entspricht der zehnfachen Erdbeschleunigung – erreichen.

 

Auf sicheren Bahnen die Kurve kriegen


Um derartige Beschleunigungskräfte auch bei größeren Massen aufnehmen zu können, sind besonders stabile Schienen nötig wie die HepcoMotion PRT2- und 1-Trak-Führungssysteme, die parallel zum Motor verlaufen. Die Führungssysteme können problemlos auch nachträglich an bereits bestehende Maschinen angepasst werden.


Besonders hervorzuheben ist das patentierte PRT2 1-Trak, das aus einem Stück gefertigt ist. Es macht Schienensysteme in nahezu jeder erdenklichen zweidimensionalen Form, auch mit sehr engen Kurven, möglich. Das ist ideal bei begrenzten Platzverhältnissen.


Die Ovalkurven des 1-Trak stellen Klothoide dar, d. h. ihr Krümmungsverlauf nimmt linear zu. Dies dient einer ruckfreien Fahrdynamik. Diese Form wurde auch für das XTS gewählt, damit der Mover besonders leicht und „smooth“ die Kurve durchläuft. Sogar offene Flüssigkeiten können so problemlos transportiert werden. Bei größeren XTS-Varianten, für die keine Klothoiden benötigt werden, eignen sich die PRT-Führungsschienen von HepcoMotion. Daraus können echte Ovale bzw. komplette Ringe gebaut werden.

 

Läuft wie geschmiert: V-Führung und Zentralschmierung


Natürlich muss auch sichergestellt sein, dass der Laufwagen stabil auf den Schienen läuft. Deshalb ist der Mover über Excenter fixiert. Er bleibt immer mit allen Rollen im Kontakt mit der V-Führung und ist in jeder Position, ob Gerade oder Kurve, spielfrei. Die Führung ist also äußerst exakt, mit Toleranzen im Bereich von Zehntelmillimetern. Das trägt im Zusammenspiel mit der punktgenauen Steuerung durch die PC-basierte Steuerungstechnik von Beckhoff zur großen Positioniergenauigkeit des Transportsystems bei.


Die V-Führung stabilisiert aber nicht nur den Mover, sondern gewährleistet auch die lange Haltbarkeit des Systems. Die V-Nut-Lager sind lebensdauergeschmiert und die V-Führungsschienen mit einem automatischen zentralen Schmiersystem ausgestattet, das die V-Führungsflächen der Schienen permanent versorgt. Das ermöglicht eine lange, störungsfreie Lebensdauer.


Ein weiterer Pluspunkt: V-Führungen sind selbstreinigend. Verschmutzungen werden von den V-Nut-Lagern während der Laufbewegung einfach von der Schiene geschoben. Wartungsarm und verschleißarm – das sind zwei entscheidende Vorteile der Stahlschienen mit V-Führung. Mit ihnen werden deutlich höhere Standzeiten erreicht als mit Systemen mit Kunststofflagern.


Das XTS wird per Monitoring über die Beckhoff Software TwinCAT überwacht, die Leistungsveränderungen der Mover erkennt. Sollte ein Laufwagen schwergängiger werden, lokalisiert die Beckhoff-Steuerung die Unregelmäßigkeit und meldet sie – ein wichtiges Frühwarnsystem bei potenziellem Verschleiß. Gegebenenfalls wird das Verschleißteil oder auch der ganze Mover ausgetauscht, was problemlos über eine in das Führungssystem eingebaute Schleuse erfolgt.

 

Der Kunde hat die Wahl: Kompaktlösung oder Einzelkomponenten?


Kunden können das XTS passend für ihre Platzverhältnisse konfigurieren. Sie können entweder die Rundum-Lösung, also das komplette Schienensystem inklusive des Beckhoff-Motors, erwerben oder auch nur das blanke Schienensystem, um es dann selbst zu integrieren.


Dazu gibt es verschiedene Arten von Laufwagen, von kompakt bis breit. Die kompakten, leichten XTS-Komponenten sind eher für höhere Geschwindigkeiten und für hohe Beschleunigungen ideal. Breitere Laufwagen haben mehr Masse, brauchen mehr Platz und sind eher für den Transport von schwereren Produkten bei geringerer Geschwindigkeit gedacht.


Auch bei den Schienen gibt es verschiedene Möglichkeiten: Das Monolith-Trak ist eine aus einem Stück gefertigte Führungsschiene mit Unterbau und Anbindung, die dann komplett auf den Motor montiert wird. Das Composite wird in Einzelteilen produziert, dann zusammenmontiert und auf dem Motor angebracht. Auch die hufeisenförmigen Klothoiden und gerade Schienen sind einzeln erhältlich und können mit eigenen Anbauteilen an den Motor gebaut werden.


Wichtig für Betriebe der Lebensmittelproduktion: Für die Zentralschmierung gibt es auch lebensmitteltaugliche Schmierstoffe und die Schienensysteme können in Edelstahl geliefert werden.


Egal, welche Lösung die Kunden wählen, die Investitionen müssen sich rechnen. Deshalb ermittelt HepcoMotion zunächst anhand von Kundenvorgaben exakt die vorhersagbare Lebensdauer des betreffenden Führungssystems. Sie sollte mindestens zwei Jahre betragen. Nach der prognostizierten Zeit sollten die Laufrollen ausgetauscht werden, die als Erstes verschleißen. Die Führungsschiene hat meist um ein Vielfaches längere Standzeiten.

 

Schnell einpacken


Das 2015 eingeführte HepcoMotion-Führungssystem für das erstmals 2012 gezeigte Beckhoff Transportsystem XTS stößt vor allem bei Unternehmen der Bereiche Verpackung, Medizintechnik oder Lebensmitteltechnik auf großes Interesse. Hier profitiert man besonders von den XTS-typischen Vorteilen: Für die Verpackung von Gütern in sehr großen Stückzahlen sind Dynamik und Schnelligkeit von enormer Bedeutung. Individuell programmierbare, einzeln bewegbare Mover, die schnell beschleunigen können, um die nächste Position exakt zu erreichen, machen das möglich. Außerdem profitieren die Anwender vom fliegendem Produktionswechsel und der damit gesteigerten Produktionsleistung.

www.hepcomotion.com  
www.beckhoff.de

 

Beitrag aus [me] 3/2017

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