Leise Servomotoren in Werkzeugeinstellgeräten
Mehr Komfort für die spanende Fertigung
Herkömmliche Servomotoren verursachen häufig Lärm. Das Weinstädter Unternehmen Kelch suchte deshalb nach einer leisen Lösung. Fündig geworden ist man bei Moog.
Bild: Moog GmbHWerkzeug-Einstellgeräte dienen der Entkopplung von Werkzeugeinstellung und Rüstzeit. Ziel ist, der CNC-Maschine mehr reine Produktionszeit zu ermöglichen. Ein lohnender Aufwand: Werkzeuge können so für verschiedene CNC-Maschinen bereits vorbereitet werden, während diese noch im aktuellen Bearbeitungsvorgang laufen.
Aufgabe der Motoren in einer Werkzeug-Einstellmaschine ist, alle Positionen für die Werkzeuge, das Kamerasystem und weitere Messaufgaben mit Präzision anzufahren. Am Beispiel der Kenova-Serie von Kelch aus Weinstadt dreht sich in der einfachsten motorischen Ausprägung nur die Werkzeugspindel, um das zu messende Werkzeug zu prüfen. In der nächsten Stufe werden auch die Linearachsen X und Z motorisch zugestellt. In der größtmöglichen Ausprägung - der Kenova Set Line V9-S - werden vier Linear- und zwei Rotationsachsen von sechs Motoren angesteuert. Schrittmotoren waren seit 1982 stets Mittel der Wahl für die geforderte Genauigkeit. Schritte, Positionierung und Präzision gehören konstruktiv dazu.
Smart denken
Trotz dieser technischen Funktionalität mussten die Schrittmotoren in einem Frequenzbereich verwendet werden, der hohe Geräuschemissionen zur Folge hatte. Von Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern wurde das als störend empfunden. Seit der heutigen Betrachtung der gesamten Ressourcen - den Menschen eingeschlossen -, hat sich auch das Verhältnis zu Lärm gewandelt: Früher ohne Belang, soll er heute vermieden werden.
Doch wie die Geräuschemissionen der Motoren eliminieren? Wie Effizienzgewinne einstreichen? Das fragten sich die Kelch-Entwickler und suchten den Kontakt zu Moog-Ingenieuren, um deren SmartMotoren als Lösung zu bewerten.
Schnell überzeugte, dass man vom SmartMotor kein Geräusch wahrnimmt. Darüber hinaus konnte die kompakte Bauform, der Entfall gesonderter Regler im Schaltschrank und der Bedarf nur eines Netzteils punkten. Aufgrund dieser Faktoren reduziert sich der Platzverbrauch des Systems. Das Sahnehäubchen: Die Möglichkeit einer unmittelbaren PC-Ansteuerung und als tatsächlich vollintegrierte Lösung einer direkten Kommunikation mit der Steuerungssoftware.
Versuch macht klug
Die Servoantriebe mussten dennoch zuerst getestet werden und ihren Wert beweisen. Moog stellte einen Musterkoffer mit SmartMotoren zur Verfügung - keine Selbstverständlichkeit im Zusammenspiel zwischen Maschinenhersteller und Zulieferer, wie Kelch betont. So ausgestattet konnten Programmiertests durchgeführt und Möglichkeiten der integrierten Ein- und Ausgänge des Motors getestet und erprobt werden.
Mit positiven Ergebnissen wurden die Tests in den folgenden vier Jahren intensiviert, die SmartMotoren für den Einsatz in den Werkzeug-Einrichtemaschinen abgestimmt, kundenspezifische technische Modifikationen integriert und neue Vorserienmotoren geliefert. Dem Serienstart 2021 stand nichts mehr Weg: Alle Kenova-Systeme werden seitdem mit SmartMotoren von Moog ausgeliefert.
Smart-Technik im Detail
Kelch rüstet die Systeme mit Servomotoren des Typs SM23165DT samt Drive Enable-Option aus. Diese separate Spannungsversorgung der Verstärker-Stufe kann abgeschaltet werden, um ein ungeplantes Wiederanlaufen zu verhindern. Der Motor-Regler selbst bleibt spannungsversorgt und arbeitet normal weiter. Zusätzlich weist die Motorwelle eine Anpassung durch eine spezifische Abflachung auf einer Seite auf - beim Systemwechsel auf die SmartMotoren muss die bisherige Konstruktion deshalb nicht geändert werden. Wesentlich für die Positionierungsgenauigkeit ist, dass die Position auch bei Stromabschaltung beibehalten wird. Eine erneute Initialisierung ist nicht nötig.
Motor und Verstärker-Stufe können mit 24 bis 48V versorgt werden, die Leistung jedes Motors liegt bei maximal 204W Dauerleistung. Bei 5.200U/min liefert jeder Motor 0,52Nm Dauerdrehmoment, die Spitzenleistung erreicht 0,84Nm. Die Encoder-Auflösung liegt bei 4.000 Schritten pro Umdrehung. Die Kommunikation mit der Steuerung und der Motoren untereinander erfolgt über CAN-Bus. Über das Moog-Animatics-interne Combitronics-Protokoll können Mehrachsanwendungen einfach und schnell realisiert werden. Auch dieses Protokoll wird über CAN-Open übertragen und läuft parallel dazu.
Da die Sensorik direkt im Motor integriert ist, wird die Reaktionsgeschwindigkeit im Zusammenspiel von Steuerung und Software erhöht. Je mehr SmartMotoren im Spiel sind, desto eher kann der Effizienzgewinn ausgeschöpft werden. Daten werden in Echtzeit zwischen den Motoren transferiert - koordinierte, präzise Bewegungsabläufe inklusive. Hierbei übernimmt einer der SmartMotoren die Master-Funktion und regelt die anderen Motoren mit.
Fazit
Kelch und seine Kunden sind mit den Werkzeug-Einrichtemaschinen zufrieden. Die enge Zusammenarbeit zwischen den Kelch- und Moog-Ingenieurteams bildet die Grundlage für die Integration der SmartMotoren in die Werkzeugeinstellgeräte. Wenn Maschinenhersteller nach Antriebslösungen in ihrer Aufgabenstellung suchen, ist der Kontakt zu Moog ein smarter erster Schritt.
Herkömmliche Servomotoren verursachen häufig Lärm. Das Weinstädter Unternehmen Kelch suchte deshalb nach einer leisen Lösung. Fündig geworden ist man bei Moog.
Bild: Moog GmbHWerkzeug-Einstellgeräte dienen der Entkopplung von Werkzeugeinstellung und Rüstzeit. Ziel ist, der CNC-Maschine mehr reine Produktionszeit zu ermöglichen. Ein lohnender Aufwand: Werkzeuge können so für verschiedene CNC-Maschinen bereits vorbereitet werden, während diese noch im aktuellen Bearbeitungsvorgang laufen.
Aufgabe der Motoren in einer Werkzeug-Einstellmaschine ist, alle Positionen für die Werkzeuge, das Kamerasystem und weitere Messaufgaben mit Präzision anzufahren. Am Beispiel der Kenova-Serie von Kelch aus Weinstadt dreht sich in der einfachsten motorischen Ausprägung nur die Werkzeugspindel, um das zu messende Werkzeug zu prüfen. In der nächsten Stufe werden auch die Linearachsen X und Z motorisch zugestellt. In der größtmöglichen Ausprägung - der Kenova Set Line V9-S - werden vier Linear- und zwei Rotationsachsen von sechs Motoren angesteuert. Schrittmotoren waren seit 1982 stets Mittel der Wahl für die geforderte Genauigkeit. Schritte, Positionierung und Präzision gehören konstruktiv dazu.
Smart denken
Trotz dieser technischen Funktionalität mussten die Schrittmotoren in einem Frequenzbereich verwendet werden, der hohe Geräuschemissionen zur Folge hatte. Von Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern wurde das als störend empfunden. Seit der heutigen Betrachtung der gesamten Ressourcen - den Menschen eingeschlossen -, hat sich auch das Verhältnis zu Lärm gewandelt: Früher ohne Belang, soll er heute vermieden werden.
Doch wie die Geräuschemissionen der Motoren eliminieren? Wie Effizienzgewinne einstreichen? Das fragten sich die Kelch-Entwickler und suchten den Kontakt zu Moog-Ingenieuren, um deren SmartMotoren als Lösung zu bewerten.
Schnell überzeugte, dass man vom SmartMotor kein Geräusch wahrnimmt. Darüber hinaus konnte die kompakte Bauform, der Entfall gesonderter Regler im Schaltschrank und der Bedarf nur eines Netzteils punkten. Aufgrund dieser Faktoren reduziert sich der Platzverbrauch des Systems. Das Sahnehäubchen: Die Möglichkeit einer unmittelbaren PC-Ansteuerung und als tatsächlich vollintegrierte Lösung einer direkten Kommunikation mit der Steuerungssoftware.
Versuch macht klug
Die Servoantriebe mussten dennoch zuerst getestet werden und ihren Wert beweisen. Moog stellte einen Musterkoffer mit SmartMotoren zur Verfügung - keine Selbstverständlichkeit im Zusammenspiel zwischen Maschinenhersteller und Zulieferer, wie Kelch betont. So ausgestattet konnten Programmiertests durchgeführt und Möglichkeiten der integrierten Ein- und Ausgänge des Motors getestet und erprobt werden.
Mit positiven Ergebnissen wurden die Tests in den folgenden vier Jahren intensiviert, die SmartMotoren für den Einsatz in den Werkzeug-Einrichtemaschinen abgestimmt, kundenspezifische technische Modifikationen integriert und neue Vorserienmotoren geliefert. Dem Serienstart 2021 stand nichts mehr Weg: Alle Kenova-Systeme werden seitdem mit SmartMotoren von Moog ausgeliefert.
Smart-Technik im Detail
Kelch rüstet die Systeme mit Servomotoren des Typs SM23165DT samt Drive Enable-Option aus. Diese separate Spannungsversorgung der Verstärker-Stufe kann abgeschaltet werden, um ein ungeplantes Wiederanlaufen zu verhindern. Der Motor-Regler selbst bleibt spannungsversorgt und arbeitet normal weiter. Zusätzlich weist die Motorwelle eine Anpassung durch eine spezifische Abflachung auf einer Seite auf - beim Systemwechsel auf die SmartMotoren muss die bisherige Konstruktion deshalb nicht geändert werden. Wesentlich für die Positionierungsgenauigkeit ist, dass die Position auch bei Stromabschaltung beibehalten wird. Eine erneute Initialisierung ist nicht nötig.
Motor und Verstärker-Stufe können mit 24 bis 48V versorgt werden, die Leistung jedes Motors liegt bei maximal 204W Dauerleistung. Bei 5.200U/min liefert jeder Motor 0,52Nm Dauerdrehmoment, die Spitzenleistung erreicht 0,84Nm. Die Encoder-Auflösung liegt bei 4.000 Schritten pro Umdrehung. Die Kommunikation mit der Steuerung und der Motoren untereinander erfolgt über CAN-Bus. Über das Moog-Animatics-interne Combitronics-Protokoll können Mehrachsanwendungen einfach und schnell realisiert werden. Auch dieses Protokoll wird über CAN-Open übertragen und läuft parallel dazu.
Da die Sensorik direkt im Motor integriert ist, wird die Reaktionsgeschwindigkeit im Zusammenspiel von Steuerung und Software erhöht. Je mehr SmartMotoren im Spiel sind, desto eher kann der Effizienzgewinn ausgeschöpft werden. Daten werden in Echtzeit zwischen den Motoren transferiert - koordinierte, präzise Bewegungsabläufe inklusive. Hierbei übernimmt einer der SmartMotoren die Master-Funktion und regelt die anderen Motoren mit.
Fazit
Kelch und seine Kunden sind mit den Werkzeug-Einrichtemaschinen zufrieden. Die enge Zusammenarbeit zwischen den Kelch- und Moog-Ingenieurteams bildet die Grundlage für die Integration der SmartMotoren in die Werkzeugeinstellgeräte. Wenn Maschinenhersteller nach Antriebslösungen in ihrer Aufgabenstellung suchen, ist der Kontakt zu Moog ein smarter erster Schritt.
Moog GmbH
Dieser Artikel erschien in SPS-MAGAZIN 1 (Januar Februar) 2023 - 09.02.23.Für weitere Artikel besuchen Sie www.sps-magazin.de
