Der FeederPlus ist mit verschiedenen Dreh-, Orientierungs- und Linearachsen mit Getriebe- und Antriebskomponenten aus dem Systembaukasten von Wittenstein Alpha ausgerüstet. Eingesetzt werden spielarme Planetengetriebe mit Abtriebsflansch der Baureihe TP+, Servowinkelgetriebe SK+als Ritzel/Zahnstangen-Komplettsysteme sowie kompakte und dynamische Rotations-Servoaktuatoren vom Typ TPM High Torque. Die Komponenten für das Zuführsystem wurden mit der Software Cymex 3.1 von Wittenstein angepasst. Mit diesem Tool lassen sich Antriebssysteme sicher, leistungsstark und effizient auslegen. „Insgesamt wurde für uns ein getriebetechnisches Lösungspaket geschnürt, das auf die Bewegungsabläufe, die Handling-Funktionen und die Anforderungen des FeederPlus abgestimmt ist, auch hinsichtlich der Minimierung der zu bewegenden Massen“, sagt Jörg Rosenhäger, Leiter Konstruktion und Entwicklung bei Strothmann. Handhabungssysteme und Orientierungsstationen sind wesentliche Elemente bei der Verkettung von Pressen. Ihre Leistung hat entscheidenden Einfluss auf die Nebenzeiten des eigentlichen Pressprozesses und damit auf die Amortisation der Pressenlinien – insbesondere gemessen an der Teileleistung pro Minute sowie der Präzision und Wiederholgenauigkeit der Bewegungsabläufe.
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Marke für Transport und Handling
Da die derzeit vorherrschenden Lösungsansätze mit Doppelzuführ- und Orientierungssystemen einerseits und Knickarmrobotern andererseits gerade bei kleinen Pressenabständen erkennbare Effizienzdefizite aufweisen, hat man sich bei Strothmann Gedanken über eine neuartige Handling-Lösung gemacht. Das Unternehmen mit über 80 Mitarbeitern entwickelt seit mehr als 25 Jahren Lösungen für den Maschinenbau und die Handhabungstechnik. Der FeederPlus ist ein Linearroboter-System, das über die herkömmlichen geraden Verfahrachsen hinaus auch Rotationsbewegungen in der Orientierungsachse des Roboterarms ausführen kann. Der Linearroboter vereint so die Vorteile von linearen Pressen-Feedern und Knickarmrobotern. Er kann in Pressenmittenabständen von etwa sechs Metern arbeiten und ist für eine Gesamttraglast von 125 Kilogramm für Tooling und Teile ausgelegt.
„Durch die Überlagerung linearer Bewegungsabläufe erreicht dieses Handling-System einen deutlichen Zeitvorteil gegenüber herkömmlichen Robotern und ist so in der Lage, pro Minute bis zu zwölf Großteile auszubringen“, sagt Rosenhäger. Aufgrund der bis zu sechs Rotations- und Linearachsen besitze das System dabei gleichzeitig die notwendigen Freiheitsgrade, um die Formteile während des Transfers von Presse zu Presse in verschiedene Richtungen zu orientieren, so Rosenhäger weiter. Dass dies schnell und dabei leise sowie mit hoher Präzision und einer Wiederholgenauigkeit unter einem Millimeter geschieht, dafür sorgen neben den verwindungsarm ausgelegten Achsen des Systems auch die Antriebskomponenten von Wittenstein Alpha.
Zahnstange-Ritzel-System
Beim FeederPlus kommen zwei Servowinkelgetriebe SK+als Ritzel/Zahnstangen-Komplettsysteme zum Einsatz: Zum einen an der Horizontalachse des Linearroboters, zum anderen an der Linearschubachse des horizontal rotierenden Schwenkarms. Das SK+-Getriebe ist ein baulängensparender Winkelantrieb, der trotz seiner kompakten Maße eine sonst nur von Koaxialantrieben gekannte Drehzahlleistung von 6000 Umdrehungen pro Minute bietet. Die dauerfest ausgelegte Hypoid-Verzahnung des SK+bietet im Vergleich zu Servogetrieben mit Kegelrad-Verzahnungen durch die stets vorhandene Sprungüberdeckung mehrerer Zähne bis zu 200 Prozent mehr Drehmoment, eine hohe Verdrehsteifigkeit, höhere Übersetzungen in einer Stufe sowie ein wesentlich geringeres Laufgeräusch aufgrund des stärker gekrümmten Verzahnungseingriffs.
Zur linearen Positionierung verfügen die Servowinkelgetriebe am Roboter über ein schrägverzahntes Ritzel auf die Getriebewelle, das über eine hochpräzise Zahnstange läuft. „Wittenstein Alpha war der erste Hersteller, der solch ein Servogetriebe mit Ritzel und Zahnstange als montagefreundliche Systemlösung aus einer Hand anbieten konnte“, sagt Rosenhäger. Hinzu komme eine für solche Lösungen bislang unbekannte Präzision, die unter anderem auf die formschlüssige Ritzelbauweise sowie auf die geschliffene und verschleißfest oberflächenbehandelte Zahnstange mit einer Teilungs-Gesamtabweichung von 12 Mikrometer auf 500 Millimeter zurückzuführen sei, so Rosenhänger weiter. Äußerlich nahezu unsichtbar kommt an der Hauptdrehachse des Linear-Roboters das spielarme Planetengetriebe TP+500 mit Abtriebsflansch zum Einsatz. Es ermöglicht durch sein maximales Beschleunigungsmoment am Abtrieb von 6000 Newtonmetern hochdynamische Rotationsbewegungen. Aufgrund des schrägverzahnten Aufbaus erreicht das schwingungsarme und laufruhige Planetengetriebe das hohe Leistungs-Niveau mit einer maximalen Antriebsdrehzahl von 3500 U/min -1 . Es verursacht Geräusche von 64 Dezibel (A). Direkt am horizontal rotierenden Schwenkarm des Linear-Roboters ist ein Servoaktuator des Typs TPM High Torque 025 montiert. Dessen Aufgabe ist es, die Rotation der bis zu 125 Kilogramm schweren Tooling-Kippachse im Winkel von –25 bis +90° auszuführen. „Für diese Aufgabenstellung war neben hohen Beschleunigungswerten und der Genauigkeit vor allem die Minimierung des Platzbedarfs und der zu bewegenden Massen entscheidend“, sagt Rosenhäger. Der TPM High Torque 025 ist etwa halb so groß wie ein herkömmlicher Servogetriebemotor und dementsprechend leichter, das heißt, die für Beschleunigungen kritische Trägheitsmasse ist geringer. Hinzu käme, dass sonst oft erforderliche Antriebskomponenten wie ein Gegenlager oder eine Kupplung bei diesem Servoaktuator nicht benötigt werden. Die Auslegung der Komponenten erfolgte mithilfe der Software Cymex 3.1. Sie ermöglicht das Dimensionieren und Beurteilen von kompletten Antriebssträngen in servogesteuerten Maschinen und Anlagen. Sie basiert auf über einer Million verkauften Getrieben, jahrelangen Erfahrungen bei Systemsimulationen und FEM-Berechnungen sowie den Ergebnissen von Prüfständen, auf denen eine hundertprozentige Qualitätskontrolle aller gefertigten Getriebe durchgeführt wird. Die Berücksichtigung maßgeblicher Einflussfaktoren und kundenspezifischer Parameter sowie die exakte Berechnung wird durch vordefinierte Standardapplikationen abstrahiert und dadurch erheblich erleichtert, zum Beispiel für Zahnstange-Ritzel-Antriebe. Das Programm bezieht die Produktspezifikationen in die Berechnungen mit ein und ermöglicht dem Kunden mittels eines erweiterten Auslegungsraums eine noch höhere Belastung der Getriebe. Dies führt zum Beispiel beim FeederPlus zu einer sicheren und effizienten Auslegung und verbessert den Antrieb. Auch eine größere Leistungsausbeute und der Einsatz kleinerer Getriebe lassen sich damit umsetzen. Im Einzelfall spart der Kunde erhebliche Kosten.
Richtige Auswahl und Dimensionierung
Das Handling-System FeederPlus zeigt: Ein einziges Zuführsystem pro Pressenlücke kann gerade bei kleinen Pressenabständen effizienter arbeiten als Doppel-Feeder oder Knickarmroboter. Das Zuführsystem orientiert die Blechteile innerhalb seines Verfahrweges selbst und legt sie lagerichtig in die Presse ein. Die richtige Auswahl und Dimensionierung von Getriebe- und Antriebskomponenten stellt sicher, dass der Feeder auch künftig jedem Automatisierungsgrad, jedem Pressentakt und jeder Genauigkeitsanforderung folgt.
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