Servoantriebsregler Wie Maschinen steppen können

Autor / Redakteur: Thorsten Sienk / Karin Pfeiffer

Gut geschlafen? Dann hat womöglich ein Antriebsregler mitgeholfen: Bei guten Matratzen zählen nicht nur innere Werte, auch im Steppbezug steckt Schlafkomfort. Wenn Mammut-Nähmaschinen mit Metronix-Reglern die mehrlagigen Gewebe verbinden, dreht sich buchstäblich alles um perfekte Nähte und Muster.

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Oberer Nähkopf und Unterfadenstation bilden einen synchronen Verbund in der CNC-gesteuerten Anlage.
Oberer Nähkopf und Unterfadenstation bilden einen synchronen Verbund in der CNC-gesteuerten Anlage.
(Bild: sienk.de)

Mit dem blauen Mammut als Markenzeichen hat sich die Nähmaschinenfabrik Emil Stutznäcker bei Kunden überall auf der Welt einen Namen gemacht. Seit mehr als 140 Jahren ist das Kölner Unternehmen spezialisiert auf die Fertigung qualitativ hochwertiger Nähmaschinen für die industrielle Steppung. Gerade bei Matratzenbezügen ist Steppnaht nicht gleich Steppnaht. Die Muster übernehmen wichtige funktionelle Eigenschaften wie Wärme- und Feuchtigkeitsabfuhr, auch die Verteilung von Punkt- und Flächenelastizitäten.

Dennoch gibt es eine Kriterium, das jede gute Naht ausmacht: „Sie muss immer gleich sein“, erklärt Olaf Offergeld aus der Elektronikentwicklung des Familienunternehmens knapp, was eine Herausforderung im Herstellungsprozess darstellt. „Gleich“ bedeutet zum Beispiel, den Faden bei jedem Stich immer mit der exakt gleichen Fadenspannung auf dem Material zu führen. Fehlstiche beeinträchtigen die Qualität und sind die Folge ausgelassener Knoten auf der Unterseite.

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Sichtbar werden solche ausgelassenen Knoten beim Steppstich auf der Oberseite durch doppelte oder mehrfache Stichlängen. Das kann unter anderem an einer mangelnden Synchronität zwischen der Nadel des Nähkopfes und dem Greifer der Unterfadenspule liegen. Für beide Funktionen setzen die Kölner Antriebsregler der Reihe ARS 2000 SE von Metronix aus Braunschweig ein. „Die Servos haben wir mit Motoren und Getrieben zu einer Gesamtlösung kombiniert“, erzählt Thomas Hindrichs, Geschäftsführer des Ingenieurbüros Peter Hindrichs aus Bergheim, das eine langjährige Zusammenarbeit mit Metronix pflegt und als Engineeringparter vor allem für OEM tätig sind.

3000 Stiche pro Minute

Bei den Anlagen der Nähmaschinenfabrik Emil Stutznäcker bestand die besondere Herausforderung darin, eine Antriebsregelung zu konzipieren, die bei 3000 Umdrehungen in der Minute eine Winkelgradabweichung im Verbund von unter 0,5 Grad erreicht. „Liegen wir darüber, nähen wir nicht mehr sicher“, sagt Offergeld. „Der Greifer muss genau dann zur Stelle sein, wenn der Nadelfaden in der Aufwärtsbewegung eine Schlinge gebildet hat.“ Die gebotene Präzision ist auch dann gefragt, wenn etwa in den Vielnadelnähmaschinen Produktionsgeschwindigkeiten bis zu 1700 Stiche in der Minute erreicht werden. „Bei einer Stichlänge von fünf Millimetern sind das achteinhalb Meter Naht pro Minute. Da kommt am Ende richtig was raus“, beschreibt es Offergeld.

In einer anderen Maschinenlösung für den Steppmaschinenbauer hat das Ingenieurbüro Peter Hindrichs die servomotorisch angetriebenen Nähköpfe in einen mehrachskoordinierten CNC-Verbund gebracht. Für die interpolierende Positionierung kommen ebenfalls Metronix ARS 2000 SE Regler zum Einsatz. Die Herausforderung dieser Anlage besteht vor allem darin, besonders dicke, schwere, aber genauso auch dünne Füllmaterialien flexibel verarbeiten zu können. Bis zu zwei Nähköpfe (Mammut P2A / P2S) sind auf dem Oberportal installiert, die Unterfadenführung folgt auf der Unterseite des Gewebes mit einer präzisen Linienführung. Die Besonderheit dabei: Der Greifer muss nicht nur stationär zur exakten Zeit zur Stelle sein, nachdem die Nadel das Gewebe durchdrungen hat. Er muss auch räumlich präzise zur Stelle sein. Bis zu acht Servoachsen arbeiten dafür im Verbund.

In puncto Antriebstechnik steckt laut Metronix-Vertriebsleiter Olaf Donner „dahinter eine anspruchsvolle Regelung für eine alles andere als alltägliche Anwendung“. Die Metronix Servoregler ARS 2000 SE punkten aus seiner Sicht vor allem mit ihren kurzen Abtastzeiten von unter 32 µsec im Stromregler. „Hier sind wir besonders schnell, was ein echter Vorteil ist.“

Thomas Hindrichs nutzt die ARS 2000 SE gerade für mehrachskoordinierte Motion-Control-Anwendungen, weil sich die Servoregler hier praktisch universell einsetzen ließen: „Wir können damit entsprechend flexibel auch auf ganz spezielle Kundenwünsche eingehen.“ Hilfreich findet Hindrichs auch die Parametriersoftware Metronix Servo Commander, zumal die ARS 2000 SE „ohne Kauf von Optionskarten mit fast allen Gebersystemen“ klarkomme. Linearantrieb, Torquemotor, Synchronservo – es sei unerheblich, welcher Motor letztlich auf der Aktorikseite angeschlossen ist.

Achsverbund: Nähköpfe getrennt positionieren

Eingebunden sind die bis zu acht Servoregler einer Nähmaschine per CAN-Bus Kommunikation in die CNC-Maschinensteuerung. Jede Achse erhält dabei eine definierte CAN-Knotennummer. Sie weist dem Regler seinen festen Platz innerhalb des Antriebsverbundes zu – sowohl räumlich, als auch funktional. Realisiert ist die Aufgabenzuordnung über eine binäre Kodierung im Anschlussstecker. Steht der Code beispielsweise auf 1001 weiß der Servo, dass er im Betrieb zum Beispiel als Greiferservo zu arbeiten hat. 1010 kann wiederum für den Antrieb eines Nähkopfes stehen.

Dieses Konzept schaffte den praktischen Vorteil, die Antriebsregler – unabhängig von ihrer jeweiligen Aufgabe – standardisieren zu können. Sämtliche in den Nähmaschinen auftretenden Parametersätze sind im ARS 2000 SE von Metronix auf der im Gerät integrierten SD-Karte gespeichert. Die Kodierung im Stecker sorgt beim Booten der Geräte dafür, dass der für die Applikation passende Parametersatz geladen wird. Aus dem Generalisten wird so – ganz automatisch – der Spezialist. 15 unterschiedliche Sätze sind auf der SD-Karte abgelegt. 16 wären mit den vier binären Stellen möglich.

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Die Trennung der Regler-Hardware von der Antriebssoftware bringt für den Steppautomatenbauer auch im Ersatzteilgeschäft Vorteile mit sich. „Wir brauchen keine Fragen mehr stellen, welches Gerät genau ersetzt werden soll. Damit kann es auch nicht mehr passieren, dass Regler mit einem bestimmten Parametersatz verschickt wird, der dann doch nicht passt“, freut sich Olaf Offergeld. Zudem haben die Kunden der Nähmaschinenfabrik Emil Stutznäcker die Möglichkeit, sich Ersatz aufs Lager zu legen, der eben nicht funktional gebunden ist. Eine mögliche Gerätevarianz wird lediglich von der Leistungsklasse erzeugt und nicht von der Parametrierung. „Wir liefern ganz einfach einen Generalisten aus, der auf seiner SD-Karte alles für seinen späteren Job an Bord hat. Das ist ein tolles Feature.“

Ob Steppdecken, Tagesdecken, Matratzenplatten oder Polsterauflagen: Die Mammut P2A / P2S sind konzipiert für die flexible Produktion kleinster Losgrößen. Ein Wechsel des Fertigungsauftrags, und fast auf Knopfdruck können die Maschinen steppen. (pf)

* Thorsten Sienk, freier Fachredakteur, Bodenwerder

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