Elektromotoren Statt Druckluft

So wie der Elektromotor in Kunststoffmaschinen schon mal den Hydraulikantrieb substituiert, so setzt er auch die Luft unter Druck. Bei Schweißpressen verdrängt er die pneumatischen Antriebe. Der...

Anbieter zum Thema

SIKO GmbH

FAULHABER Antriebssysteme

DALEX GmbH

CEDS Duradrive GmbH

Der Pneumatik geht die Luft aus. Zumindest bei Schweißmaschinen. Obwohl Luft ein ganz besonderes Medium ist, und so sehr wir sie auch zum Atmen benötigen, in der Fertigung gilt sie als laut, als teuer zu verlegen und oft als gar zu widerspenstig in der Regelung. Automobilfertiger sehen in der Druckluft einen unnötigen Kostenfresser, den sie schon gern aus ihren Fabriken heraus hätten. Heribert Heinz hörte von diesem schlechten Ruf. Bei Roboterschweißzangenanwendungen würden Autobauer wie Audi und Opel nämlich gern auf Elektroantriebe setzen, auf eine Energie, die überall in der Fabrik verfügbar ist, die man nicht zusätzlich installieren muss und ganz wesentlich: die in der Fertigung nicht so laut wie Pneumatik ist. So ratschlagten sie dem Ingenieur vor gut vier Jahren den Verschwender Luft in der Schweißtechnik zu ersetzen. Heribert Heinz, heute Mitgesellschafter und Antreiber sowohl bei Dalex Schweißmaschinen als auch Inhaber und Geschäftsführer bei dessen Technologielieferanten Cosytronic, erinnert sich: „Die bisher verwendeten Pneumatikzylinder sollten ohne konstruktive Veränderungen der Schweißzange gegen Elektromotoren ausgetauscht werden. Die Schweißzangen sollten relativ leise am Bauteil aufsetzen.“ Und weil pneumatisch angetriebene Schweißzangen „hemmungslos aufeinanderschlagen“, wie Heribert Heinz sagt, wollten sich die Autobauer zudem aufwändige Nacharbeiten ersparen, um den Schweißprozess und Standzeiten weiter verbessern können. Die Automobilbauer wollten einen deutlichen technischen Sprung im Krafterzeugungssystem machen - weg von der Pneumatik hin zum elektromotorischen Antrieb. Für Heribert Heinz waren dabei aber die Vorgaben klar definiert: „Nimm den Pneumatik-Zylinder heraus, baue dann den Elektromotor ein und tu so, als wäre nichts passiert.“Elektromotoren in Schweißmaschinen müssen für diese Technik Aufgaben übernehmen, die für sie eher ungewöhnlich sind. Gemeinhin bewegen sich Elektromotoren und verschaffen sich damit die erforderliche Kühlung. Bei Schweißzangen ist das anders. Typischerweise pressen sie die Bleche auf einem Verfahrweg von 30 Millimeter zusammen, dann fließt der Strom. Dabei geschieht etwas, was für einen Elektromotor eher schädlich ist. „Der Motor wird, wenn er auf dem Blech auftrifft, elektromotorisch abgebremst, und er wird dann in einen Zustand gebracht, den Heribert Heinz als Stromregelung bezeichnet. Das Drehmoment muss im Stillstand des Antrieb geregelt werden. „Für 500 bis 1000 ms wird der Motor mit einem nicht unerheblichem Strom beaufschlagt.“ Das Haupt-Probleme dabei: die mangelnde Wärmeabfuhr. Die Zielvorgaben: Nur Eigenkühlung, höchstens 50 bis 100 °C Eigenwärme. Und ganz wichtig: Eine bessere Präzision in der Kraftregelung einer Schweißzange. Doch, wo gibt es solche Elektromotoren? Bei SSB wurden Dalex und Cosystronic fündig. Der Spezialmotorenbauer in Rheine modifizierte für die Widerstandsschweiß-Spezialisten aus Wissen einen vorhandenen Direktantrieb. In den hohlen Rotor integrierte man eine Kugelrollspindel. „Somit entstand eine Kompletteinheit, die sich wie ein Pneumatikzylinder in die Schweißzangengeometrie einhängen lässt“, bilanziert Heribert Heinz das Ergebnis der Ersatzsuche. „Einen solchen Motor gab es bis dahin nicht am Markt.“Gleich die erste Präsentation traf ins Schwarze. „Audi-Konstrukteure hatten scheinbar schon auf diese Lösung gewartet“, erinnert sich Heribert Heinz an die lebhafte Präsentation in Ingolstadt. Sechs Wochen später stand dann dort die erste Testzange in der Produktion. Der Audi A3 war das erste Modell, das von einer Schweißzange mit elektromotorischem Antrieb gefertigt wurde. Die Wunschliste der Autobauer aber ist noch länger. Wenn eine Schweißzange immer intelligenter wird, dann möchte man noch mehr. „Es verging kein Tag, an dem unser Steuerungsrechner und seine Software noch weitere Wünsche erfüllen sollten“, ist der Schweißspezialist Heinz stolz. Eine ausgeklügelte Software sollte helfen, die richtige Bauteilpaarung in der Maschine zu garantieren, und sie sollte dazu beitragen, Zusatzsensorik zu erübrigen. So untypisch die Aufgabe für einen Elektromotor in der Schweißzange sind, so untypisch sind sie auch für marktübliche SPS-Systeme. „Sie sind zu langsam“, befindet Heinz und schwimmt gegen den Strom, der auf Standards setzt, auf Serien-Geräte. Heribert Heinz verwendet komplette Eigengewächse: „Hardware selbst auf FPGA-Basis hergestellt, Software komplett von uns programmiert!“ Dass er als Technologielieferant nicht auf die üblichen Standards setzt, stört ihn nicht. Hat er doch die üblichen Schnittstellen im System integriert, damit die Maschine trotz Individualität mit jeder anderen SPS am Markt kommunizieren kann, dass sie sich mit jedem Roboter versteht. Die eigentlichen Programmstrukturen der Maschine, das nämlich, was Dalex-Know how ausmacht, ist nicht mit üblichen Standardkomponenten zu machen. Zwar fordert gerade die Automobilindustrie von ihren Anlagenbauern Standards. Doch was nicht geht, geht nicht, und Heribert Heinze hält dagegen: „Wenn sie es denn können!“

(ID:130263)