Erfahren Sie in unserem Whitepaper mehr über die Herausforderungen der Automatisierung, den zukünftigen Anforderungen und wagen Sie mit uns einen Blick auf die Steuerungstechnik der Zukunft.
Michael Haun
Gratfrei Stanzen mit Antriebstechnik von Bosch Rexroth
Ein junges Berliner Unternehmen entwickelt langlebige und frei kombinierbare Bearbeitungsmaschinen mit innovativem Stanzprozess für die Kunststoffindustrie. Ein Schlüsselelement ist die hochdynamische Servoantriebstechnik von Bosch Rexroth. Sie erfüllt die hohen Anforderungen an die Funktionalität und punktet mit bester Performance.
Grat und Flitter, auch Engelshaar genannt, entstehen beim Stanzen von thermoplastischen Kunststoffen. Die Stanova Stanztechnik GmbH hat ein Verfahren entwickelt, dank dem gängige Kunststoffe wie PVC und PC-ABS gratfrei gestanzt werden können.
Mit dem neuen Stanzprozess entfallen bisher übliche Bearbeitungsschritte, da Grat an Kunststoffteilen chemisch, thermisch oder mechanisch entfernt werden musste. Produkte wie Verdrahtungskanäle wurden zur Entgratung zum Beispiel mit winzigen Kugeln beschossen. Aber auch klassische Verfahren wie Gleitschleifen oder Fräsen wurden bisher genutzt. Mit der neuen Technik entfällt dieser Entgratungsaufwand. Das spart Zeit, Kosten und Platz in der Fertigung von Kunststoffteilen und hat enormen Einfluss auf die Herstellkosten eines Produkts.
Der Weg dorthin war mit einigen Herausforderungen verbunden. „Wir hatten viele Trial-and-Error-Schleifen hinter uns, bis wir substanzielle Verbesserungen erreichen konnten“, sagt Katrin Lechler, Geschäftsführerin bei Stanova. PVC ist ein Werkstoff, bei dem durch hohe Stanzgeschwindigkeiten in Kombination mit einem kleinen Schneidspalt gute Ergebnisse erzielt werden können. Die hohen Stanzgeschwindigkeiten von 900 Hüben pro Minute erreicht Stanova durch den Einsatz von Exzenterstanzen, die von dynamischen Synchron-Servomotoren angetrieben werden.
Daher waren die Anforderungen an die Servoantriebstechnik von Anfang an sehr hoch. Mehrere Testreihen und Benchmarks mit verschieden Antriebskonzepten von unterschiedlichen Herstellern wurden durchgeführt. Hier konnte Bosch Rexroth mit der Funktionalität seiner Antriebsfamilie, gebündelt mit Fachwissen und langjährigem Applikations-Know-how überzeugen. „Bosch Rexroth hat uns mit seinen Antriebsfachkräften vor Ort professionell unterstützt und die notwendigen Impulse gegeben, um das ehrgeizige Ziel – ein perfektes Stanzergebnis – Schritt für Schritt zu erreichen“, so Manuel Schulz, Automatisierungstechniker bei Stanova.
Es galt nicht nur, die hohen Vorgaben von 900 Stanzhüben bei einer Geschwindigkeit von 1.500 mm/s zu erreichen, sondern auch, die hohen Dynamiken regelungstechnisch in den Griff zu bekommen – und das im Zusammenspiel mit mehreren Achsen. Möglich war dies nur durch Ausnutzung der hohen Funktionalität im Rexroth Antriebsregler im Zusammenspiel mit den leistungsstarken Rexroth Synchron-Servomotoren MS2N. Diese besitzen im Vergleich zur Vorgängergeneration eine höhere Leistungsdichte bei sehr geringer Drehmomentwelligkeit. Mit einer bis zu fünffachen Überlastfähigkeit können Beschleunigungsvorgänge in Maschinen noch dynamischer ausgeführt werden. Hohe kurzzeitige Drehmomente sind daher auch bei hohen Drehzahlen möglich, denn die Motoren wurden konsequent auf den Betrieb mit Feldschwächung ausgelegt. Ohne Feldschwächung wird die maximal erreichbare Drehzahl durch die Ausgangsspannung des Regelgerätes begrenzt. Bei Betrieb mit Feldschwächung wird eine zusätzliche Stromkomponente in den Stator eingeprägt. Diese schwächt den magnetischen Fluss und verringert die induzierte Gegenspannung. Dadurch kann der nutzbare Drehmoment-Drehzahlbereich deutlich erweitert werden. Bei gleicher Spannung werden so höhere Maximaldrehzahlen erreicht.
Eine hohe Produktionsgeschwindigkeit ist besonders da sinnvoll, wo Endlosmaterial gestanzt wird (inline) oder ein Vorschub die Werkstücke auf den Takt der Stanzeinheit beschleunigt (offline). Das offline-Verfahren ist einfach und komplex zugleich: Das Werkzeug fährt nicht mehr mit dem Werkstück mit, sondern ist stationär, während das Material vorgeschoben wird. Das ist insofern eine Herausforderung, als die Vorschubbewegung und das Stanzen exakt synchronisiert werden müssen. Möglich wird das durch einen weiteren Geber für den Vorschubantrieb, der direkt am Rexroth Antriebsregler als zweiter Geber eingelesen wird und somit eine schnelle Regelung ohne Zeitversatz erst möglich macht. Diese Synchronisation betrifft alle Antriebe, die beiden Exzenter, die für das Stanzen zuständig sind sowie die beiden Antriebe, die das Material vorschieben. Beim Stanzen von Verdrahtungskanälen muss noch eine dritte Exzenterpresse synchronisiert werden. Sie stanzt die Befestigungslöcher in den Boden, die andere Abstände als die Seitenstanzen haben. Ein höchst komplexes Zusammenspiel und das alles bei fast 16 Hüben pro Sekunde.
Gesamtheitliches Maschinenkonzept
Für Stanova ging es aber nicht nur darum, den innovativen Stanzprozess zu entwickeln und am Markt anzubieten. Das Unternehmen hat sich auch Gedanken über ein gesamtheitliches Maschinenkonzept gemacht und langlebige und frei kombinierbare Bearbeitungsmaschinen mit innovativem Stanzprozess für die Kunststoffindustrie entwickelt. Die Lösungen sind nach den vier Unternehmensprinzipien aufgebaut – Modularität, Usability, Flexibilität und Nachhaltigkeit. Sie lassen sich flexibel und einfach in vorhandene Anlagen integrieren und bei Bedarf auch ortsveränderlich einsetzen.
Nachhaltigkeit spielt für Stanova eine wichtige Rolle. Durch den konsequenten Einsatz effizienter Servoantriebstechnik hat die Exzenterstanze von Stanova bei maximaler Stanzleistung (1.000 Hübe/min) eine Leistungsaufnahme von 7-10 kW. Dagegen verbraucht eine hydraulisch angetriebene Stanzmaschine mit ca. 30-40 kW mehr Energie und erreicht weniger Hübe pro Minute. Das Rexroth Servoantriebskonzept bietet weiteres Energie-Einsparpotential. Durch eine Zwischenkreiskopplung kann ein Energieaustausch zwischen den Antrieben stattfinden. Die Bremsenergie eines Antriebs wird nicht wie bisher in Wärme umgewandelt, sondern kann im Idealfall zum Beschleunigen eines weiteren Antriebes genutzt werden. Je nach Lastprofil werden somit bis zu 30 % der Bewegungsenergie eingespart. Um dies weiter auszunutzen, werden Kapazitätsmodule eingesetzt, damit die Zwischenkreisenergie als Puffer optimal zur Verfügung steht. Eine weitere Steigerung der Effizienz ist durch den Einsatz von rückspeisefähigen Versorgern mit der neuen modularen ctrlX DRIVE Antriebsbaureihe möglich, bei der das von Bosch Rexroth entwickelte intelligente Energiemanagement „Smart Energy Mode“ zum Tragen kommt. Die Regelung sorgt für eine netzspannungsunabhängige Zwischenkreisspannung und nutzt gleichzeitig die Kondensatoren als Energiespeicher. Das vermeidet Spitzenlasten auf der Netzseite und senkt Verluste im Netzanschlussstrang. Das Ergebnis: Ein reduzierter Energieverbrauch, bessere Netzverträglichkeit und der Einsatz kleinerer Komponenten bei gleicher Maschinenperformance.
Sie haben Fragen oder wünschen weitere Informationen zu ctrlX AUTOMATION, dann kontaktieren Sie uns:
Michael Haun
Game Changer
Assembly Lines
