SEW-Antriebe für automatisierte Bördelmaschine erhöhen Produktivität
Gefalzt, nicht geschweißt
Die Firma Ruegenberg optimiert Produktionsabläufe, unter anderem für die Automobilbranche. Um herkömmliche Fügeprozesse zu verbessern, entwickelte sie eine Doppelfalztechnologie mit Servotechnik. Bei dieser Lösung kommen Elektrozylinder von SEW-Eurodrive zum Einsatz. Die Ergebnisse: Bessere Haltbarkeit der Blechverbindungen, höhere Arbeitssicherheit, weniger Platzbedarf und geringerer Serviceaufwand.
 Die untere Werkzeughälfte besteht aus der Grundplatte mit Niederhaltern, der Matrizenplatte mit den Matrizen und der Bauteilaufnahme. Der Roboter legt das Werkstück auf der ausgefahrenen Bauteilaufnahme ab. Die Bauteilaufnahme fährt ein; dabei wird das Werkstück auf den Niederhaltern abgelegt. Bei der Schließbewegung klemmen die unteren und die oberen Niederhalter das Werkstück ein und fixieren es.
Die untere Werkzeughälfte besteht aus der Grundplatte mit Niederhaltern, der Matrizenplatte mit den Matrizen und der Bauteilaufnahme. Der Roboter legt das Werkstück auf der ausgefahrenen Bauteilaufnahme ab. Die Bauteilaufnahme fährt ein; dabei wird das Werkstück auf den Niederhaltern abgelegt. Bei der Schließbewegung klemmen die unteren und die oberen Niederhalter das Werkstück ein und fixieren es. Bild: SEW-Eurodrive GmbH & Co KG

Durch die Entwicklung und den Bau zahlreicher Falzanlagen sammelte der Sondermaschinenbauer Roland Ruegenberg in Bad Sobernheim viel Know-how auf dem Gebiet der Bördel- und Falztechnologie. Diese Anlagen verbinden zwei Blechelemente ohne zu schweißen schnell und zuverlässig. Dadurch kann der Anwender Zeit und Geld sparen. Neben dem Verarbeiten von Metallen bietet das Unternehmen auch Lösungen für einen ebenen Bord sowie für einen besonders kleinen und enganliegenden Falz. Die Bearbeitungszeiten liegen unter 30 Sekunden pro Teil in vollautomatisierten Anlagen, die den Bearbeitungsprozess ausführen. Ende 2018 erhielt Ruegenberg den Auftrag eines Automobilzulieferers für mehrere automatische Falzanlagen. Besondere Herausforderungen hierbei waren die Produktvielfalt, die Rüstzeit, enge Platzvorgaben und ein anspruchsvoller Terminplan. Eine wichtige Hürde stellte die Technologie zur Ummantelung und Isolation von abgasführenden Komponenten dar. Sie wurde parallel zum Auftrag entwickelt und getestet. Anstelle herkömmlicher Hydraulik kam Servoantriebs- und Steuerungstechnik zur Anwendung. Hohe Anforderungen an Dynamik, Kraft uns Synchronität im Verbund waren einige der Herausforderungen. Darüber hinaus sollten die einzelnen Motoren leicht und individuell konfigurierbar sein. Daher mussten frühzeitig verlässliche, kompetente Partner gefunden werden. Aufgrund der positiven Erfahrungen in vorangegangenen Jahren entschied sich Ruegenberg bei der Antriebstechnik für SEW-Eurodrive.

 Jedes Werkzeug ist mit jeweils sechs Elektrozylindern ausgestattet. Zwei Zylinder der Baureihe CMSMB71 realisieren die Schließbewegung des Werkzeugs und erzeugen die Vorspannung, vier weitere Elektrozylinder der Baureihe CMSB71 bewegen die Platten einzeln und im Verbund, vollziehen die Arbeitshübe und fahren die Zwischenpositionen an.
Jedes Werkzeug ist mit jeweils sechs Elektrozylindern ausgestattet. Zwei Zylinder der Baureihe CMSMB71 realisieren die Schließbewegung des Werkzeugs und erzeugen die Vorspannung, vier weitere Elektrozylinder der Baureihe CMSB71 bewegen die Platten einzeln und im Verbund, vollziehen die Arbeitshübe und fahren die Zwischenpositionen an.Bild: SEW-Eurodrive GmbH & Co KG

Hydraulisches Testwerkzeug

Zunächst mussten verschiedene Tests durchgeführt werden. „Dazu verwendeten wir ein hydraulisch angetriebenes Probewerkzeug“, erläutert Matthias Scheffler, CAD-Konstrukteur bei Ruegenberg. „Allerdings ist ein Hydraulikzylinder langsam und nicht punktgenau zu steuern.“ „Bei der Vorserie hatten wir bereits einen Vierer-Achsverbund mit Elektrozylindern für die Arbeitshübe und Zwischenpositionen eingesetzt. Der Zweier-Achsverbund für die Schließbewegung wurde aber zunächst mit Hydraulikzylindern realisiert“, erläutert Matthias Kürzer, Abteilungsleiter Elektrik bei Ruegenberg. „Nach den Tests entschlossen wir uns, den Hydraulikhub ebenfalls mit Elektrozylindern auszuführen.“ Und Matthias Scheffler ergänzt „Wir haben diese Technologie parallel zum Auftrag entwickelt. Die Blechteile sind sehr diffizil. Dafür ist ein ganz spezieller Beschnitt erforderlich und die Toleranzen müssen passen.“ An der Beladestation werden durch einen Werker Hitzeschilde und Bauteil zusammengesetzt. Dieser Prozess wird von einer Kamera überwacht. Die Bauteile wiegen bis zu 20kg. Mittels eines Drehtellers wird das Bauteil in die Maschine geschwenkt. Ein Roboter übernimmt das weitere Bauteilhandling. Über die Codierung der Werkzeuge ist sichergestellt, dass er stets das richtige Werkzeug bedient. Nach dem Bördel- oder Crimpvorgang bringt der Roboter das Bauteil zur Laserstation. In diesem Prozessschritt werden ein DataMatrix-Code (DMC) sowie Klarschrift aufgelasert. Im Anschluss an die Lasermarkierung wird ein Etikett gedruckt und automatisch aufgeklebt. Dann erfolgt eine Überprüfung des gelaserten DMC, des Etiketts, sowie der Klarschrift, um sicherzustellen, dass die Bauteile korrekt markiert wurden. Erst nach diesem Prozessschritt wird das Bauteil als i. O.-Teil auf dem Förderband für die weitere Bearbeitung ausgegeben.

„Die größten Herausforderungen beim Doppelfalzen sind Faltenlagen in den Hitzeschild-Blechen“, erläutert Matthias Scheffler. „Dazu kommt die Unsicherheit bei den dabei zu erwartenden Prozesskräften. Die genaue Dosierbarkeit der Einzelkräfte ist sehr wichtig. Daher haben wir den Crimp zunächst mit einer Handvorrichtung erzeugt und dabei den erforderlichen Kraftaufwand gemessen.“ Abteilungsleiter Kürzer ergänzt: „Eine Anforderung an die Anlage war, dass auf ihr unterschiedliche Bauteile gefertigt werden, die drei verschiedene Werkzeuge erfordern. Wenn in Zukunft neue Bauteile hinzukommen, heißt das: Wir designen ein neues Werkzeug, aber die modular aufgebaute Anlage kann so bleiben wie sie ist.“

Die Besonderheit dieser Technologie zeigt sich darin, dass auch in Radien und Kurven die Falzkante geschlossen ist. Dies ermöglicht, das Bauteil mit einem rundum geschlossenen Falz ohne Unterbrechung zu versehen. Durch das zweifache Falzen und anschließendes Aufstellen der Falzkante wird eine höhere Festigkeit erzielt. Die innenliegende Isolierung ist vor eindringenden Flüssigkeiten wie Wasser oder Öl geschützt. Die thermischen Eigenschaften werden verbessert. Der Doppelfalz ist weniger anfällig gegenüber Vibrationen als eine punktgeschweißte Verbindung und weist somit eine längere Lebensdauer auf. Durch den Crimpprozess entstehen keine offenen oder scharfen Kanten. Daher stellt dieser Falz kein Sicherheitsrisiko für die Werker in der Endmontage dar.

 Matthias Kürzer, Abteilungsleiter Elektrik bei Ruegenberg (li.) begutachtet gemeinsam mit SEW-Applikationsingenieur Jan Messerschmitt die korrekte Montage und Verdrahtung der Versorgungs- und Achsmodule des Umrichtersystems.
Matthias Kürzer, Abteilungsleiter Elektrik bei Ruegenberg (li.) begutachtet gemeinsam mit SEW-Applikationsingenieur Jan Messerschmitt die korrekte Montage und Verdrahtung der Versorgungs- und Achsmodule des Umrichtersystems. Bild: SEW-Eurodrive GmbH & Co KG

Linearbewegung mit Elektrozylindern

Jedes Werkzeug ist mit sechs Elektrozylindern von SEW-Eurodrive ausgestattet. Vier Zylinder der Baureihe CMSB71 im achsseriellen Aufbau bilden eine Gruppe und realisieren Arbeitsbewegungen und Zwischenpositionen der Werkzeugplatten. Die zweite Gruppe, ebenfalls achsseriell aufgebaut, bilden zwei Elektrozylinder vom Typ CMSMB71. Diese beiden Zylinder, ebenfalls durch Servomotoren angetrieben, sind für die Schließbewegung des Werkzeugs verantwortlich und erzeugen die Vorspannung. Jeder der Antriebe kann Druckkräfte bis 24kN aufbauen. Eine Verriegelung der Werkzeughälften verhindert, dass die Zylindergruppen gegeneinander arbeiten. „Wir lösen alles mit vertikalen Arbeitsbewegungen, auf engstem Raum. Die schlanke Bauweise der Servoachsen half uns dabei, die strengen Platzvorgaben des Kunden zu erfüllen“, erläutert Matthias Scheffler. Eine der ganz besonderen Herausforderungen war das prozesssichere, zehntelmillimetergenaue, synchrone Bewegen der Zweier- und Vierergruppen der Spindelmotoren, dazu noch bei ganz individuellen Kräften. „Der entscheidende Vorteil der Motorik ist, dass wir die Kraft dort aufbringen, wo wir sie brauchen. Bei einer Doppellage, wo viel mehr Kraft erforderlich ist, wird der entsprechende Motor einfach stärker bestromt. Diese Technologie ist zwar etwas teurer, aber eine Linearbewegung spart Platz und lässt sich sehr gut steuern“, so Scheffler.

Die Bewegungssteuerung der Falzanlage erfolgt durch einen Movi-C Controller Power von SEW-Eurodrive. Auf diesem Controller läuft das Softwaremodul Movikit MultiAxisController, um die beiden Zylindergruppen anzusteuern. Jan Messerschmitt, Applikationsingenieur bei SEW, war an der technischen Lösung beteiligt. Er erläutert: „Der MultiAxisController ermöglicht, sowohl die Position in der Vierergruppe exakt zu halten als auch das Drehmoment zu regeln, wie es für den Prozess erforderlich ist, ohne dass die Position verletzt wird. Das Wichtigste ist, dass die Platten nicht verkanten und Funktionssteine nicht kollidieren. Immerhin liegt die Toleranz bei Bruchteilen von einem Millimeter.“ Für den Nutzer ergibt sich dadurch ein hoher Bedienkomfort. Der Anwender hat eine einzige Schnittstelle und das System übernimmt die Regelung für die gesamte Gruppe. Die übergeordnete Steuerung der gesamten Anlage wird über Ethernet/IP angebunden.

Bild: SEW-EURODRIVE GmbH & Co KG

Projektverlauf gut gemeistert

Den Auftrag zum Bau der Falzanlage erhielt Ruegenberg im Herbst 2018. Kurz darauf erfolgte der Projektstart mit der Planung und Konstruktion. Ab Mai 2019 fand die Bau- und Erprobungsphase statt. Der Laser wurde in Betrieb genommen und erste Versuche mit den Testwerkzeugen durchgeführt. Schließlich konnte im Frühsommer 2019 der erste Prototyp fertiggestellt werden. Konstrukteur Matthias Scheffler: „Es gelang uns gemeinsam eine Technologie zu entwickeln, die es vorher noch nicht gab. Bei so einem heißen Projekt muss die Zusammenarbeit klappen!“ SEW-Kundenbetreuer Frank Schnell resümiert: „Dieses Projekt war eine Herausforderung.“ Als großer Vorteil für die Firma Ruegenberg erwies sich, dass sich die Ansprechpartner bei SEW fortlaufend um den Kunden kümmerten. Auf diese Weise vereinfachte sich die Projektkoordination sehr. Mittlerweile trat die Falzanlage ihren Weg zum Kunden in Asien an, weitere sind gegenwärtig in Planung oder im Bau. Weltweit werden diese Anlagen aus Bad Sobernheim sehr geschätzt – Qualität „Made in Germany“.

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