Eisenloser Linearmotor Funkenerosion als die zündende Idee

Damit Autolack glänzt und makellos ist, muss die Oberfläche des Blechs aufgeraut sein. Dazu nutzt man eine texturierte Walze. Bevorzugte Methode zum Aufrauen der Walzenoberfläche ist die Funkenerosion. Der Automatisierungs-Spezialist H. Kleinknecht setzt dabei auf einen neuen Weg: Er rüstet seine EDT-Maschinen mit linearen Direktantrieben sowie mit Steuerungstechnik von Rexroth aus.

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Lacke und Pulverbeschichtungen haften auf texturierten Blechen nicht nur deutlich besser, die Beschichtungen lassen sich auch wesentlich wirtschaftlicher aufbringen. Beispielsweise sparen Automobilhersteller auf diese Weise bei der Lackierung etwa vier Kilogramm Lack pro Pkw. Aber wie bekommt das Blech die gewünschte Oberfläche mit einer exakt definierten Rauigkeit? Beim sogenannten „Dressieren“ walzen Maschinen das Blech nach und übertragen gezielt und mit hohem Druck ihre mikroskopisch feine Oberflächenstruktur – wie beim Prägen einer Münze. Die bevorzugte Methode, um die Dressierwalzen mit einer definierten Oberfläche auszustatten, ist die Funkenerosion (Electrical Discharge Texturing = EDT). Als erster Hersteller von High-End EDT-Maschinen weltweit nutzt Kleinknecht elektrische Linearmotoren als Stellantriebe für die zur Funkenerosion verwendeten Elektroden. Eine zu texturierende Walze dreht sich in einem flüssigen Dielektrikum und führt zusätzlich in axialer Richtung eine Pendelbewegung aus. Bis zu 60 Elektroden werden bis auf wenige Mikrometer Abstand an die Oberfläche der Walze herangefahren. Während des Erodierens geben viele mikroskopisch kleine elektrische Entladungen mit präzise geregelter Dauer und Stromstärke der Walzenoberfläche die gewünschte Struktur.

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Mit einer Genauigkeitvon einem Mikrometer

Entscheidend für das Ergebnis ist die exakte Einhaltung der Abstände zwischen den Elektroden und der Walzenoberfläche. Dabei muss der Abbrand der Elektroden ständig nachgeführt werden. Kleinknecht hat diese komplexe Regelungsaufgabe mit der antriebsintegrierten Steuerung IndraMotion MLD von Rexroth realisiert. „Die Herausforderung bei der Entwicklung unserer EDT-Maschine bestand darin, alle 60 Elektroden koordiniert zu bewegen und im Sub-Mikrometerbereich zu positionieren. Dadurch können wir die gewünschte Oberflächenstruktur auf den Walzen in perfekter Qualität herstellen“, erläutert Christoph Hauck, Geschäftsführer bei Kleinknecht. Das Antriebssystem zur Verstellung des Elektrodenabstands besteht aus eisenlosen Linearmotoren IndraDyn MCL und Kompaktreglern IndraDrive Cs von Rexroth. Es ermöglicht, die Elektroden mit einer Genauigkeit von weniger als einem Mikrometer zu positionieren – zehnmal genauer als die bislang eingesetzten Hydraulik- oder Spindelantriebe.

Externe Störgrößen besser ausregeln

Die Kernfunktionen des EDT-Verfahrens haben die Automatisierungsspezialisten von Kleinknecht direkt in die integrierten Antriebssteuerungen IndraMotion MLD der Antriebsregler programmiert. Eine übergeordnete Steuerung IndraMotion MLC von Rexroth übernimmt die Maschinensteuerung vom Einlegen bis zur Entnahme der Walze via Automatisierungsbus Sercos III. Sie bindet die Maschine zudem wahlweise über Profinet, Profibus, Ethernet/IP, CANopen oder Sercos III an die Produktionssysteme des Betreibers an. Die dezentrale Regelung des Erodierprozesses auf der MLD erhöht die Exaktheit des Systems und entlastet zugleich die zentrale Steuerung. Schon bei den ersten Testläufen wurde klar: Die Innovation von Kleinknecht hat großes Potenzial: Die Beschaffenheit der texturierten Oberflächen lässt sich nun wesentlich gezielter beeinflussen als mit herkömmlichen EDT-Maschinen. Das Verfahren ist deutlich zuverlässiger. Die hohe Dynamik und Präzision der Linearantriebe von Rexroth ermöglichen, externe Störgrößen besser auszuregeln und fehlerfrei texturierte Oberflächen zu erzeugen.

Eisenlose Linearmotoren sind das Herzstück

Wichtigste Komponenten des neuen Systems sind die eisenlosen Linearmotoren der Baureihe IndraDyn MCL von Rexroth. Ihre Leistungsmerkmale ermöglichen es, dass die Kleinknecht-Maschinen die hohe Oberflächengüte der bearbeiteten Walzen sicherstellen können: So sorgt die hohe Präzision der spielfreien Direktantriebe für die exakte Einhaltung des erforderlichen Elektrodenabstands im Erodierprozess. Zudem entstehen in den IndraDyn MCL Motoren keine Rastkräfte, sodass weniger Störgrößen auf die Positionierregelung wirken. Dies erreicht Rexroth durch den eisenlosen Aufbau der universell einsetzbaren Linearantriebe: Leichte Primärteile mit Magnetspulen ohne Eisenkern werden zwischen zwei Reihen starker Dauermagnete in den feststehenden Sekundärteilen geführt. Die Elektroden in den Kleinknecht-Maschinen sind direkt und mechanisch sehr steif mit dem Primärteil der Motoren verbunden. Die damit erreichbare hohe Regelverstärkung führt zu hochdynamischen Bewegungen und präzisem Positionieren innerhalb kürzester Zeit.

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