Stöber: Antrieb für Automatisierung Automation perfekt konzipiert und verwirklicht

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Je nach Variante be- und entlädt das Handlingsystem HS flex der Hermle AG bis zu 1 200 kg schwere palettierte Bauteile. Zum Heben, Drehen und Fahren nutzt der Maschinenhersteller ein Gesamtkonzept aus Zahnstangentrieb, Planetengetriebe und Servomotor von der Stöber Antriebstechnik.

Nebenzeiten reduzieren, Produktionszeiten steigern – mit dem Handlingsystem HS flex hat die Hermle AG aus Gosheim im baden-württembergischen Landkreis Tuttlingen eine effiziente und flexible Automationslösung entwickelt. Werker spannen zu bearbeitende Bauteile und Rohlinge auf Paletten und lagern diese im Speichermodul – eine Art Regal – ein. Das geschieht hauptzeitparallel. Das Handlingsystem be- und entlädt das Bearbeitungszentrum selbstständig. Die Maschine kann so ununterbrochen arbeiten – auch über Nacht und am Wochenende. Mit dem Palettenhandling lässt sich die Bearbeitung von Bauteilen unterschiedlicher Geometrien und Abmessungen ohne Roboter einfach automatisieren. Betreiber von Hermle-Bearbeitungszentren können damit wirtschaftlich in die Automatisierung einsteigen. Die Standardvariante transportiert unterschiedliche, inklusive Bauteil bis zu 450 kg schwere Paletten zwischen Rüstplatz, Speichermodulen und Arbeitsraum des Bearbeitungszentrums. Die Ausführung HS flex heavy bewältigt doppelt so schwere Paletten. Der Turm, der im Inneren der Zelle die Werkstücke bewegt, kann Dreh-, Hub- und Fahrbewegungen ausführen. «Diese müssen schnell, dynamisch und präzise sein», berichtet Johannes Berg, Leiter des Vertriebscenters Süd-West bei Stöber. Der Antriebsspezialist aus Pforzheim arbeitet schon seit vielen Jahren mit dem Maschinenbauer zusammen und liefert Präzisionsantriebe für Bearbeitungszentren – seit dem Jahr 2016 auch für die Automatisierungssysteme. «Bei der Standardausführung der Automation HS flex setzen wir für alle drei Bewegungen jeweils unsere schrägverzahnten Zahnstangentriebe der Baureihe ZV ein. Diese basieren auf einsatzgehärteten und geschliffenen Ritzeln mit hoher Verzahnungsqualität und exakt darauf abgestimmten Zahnstangen», beschreibt der Experte für Antriebstechnik.

Direkt angebaut kompakter und leichter

Die Pforzheimer Antriebstechniker kombinieren diese Zahnstangentriebe mit erst jüngst vorgestellten Servo-Planetengetriebemotoren. Dazu sagt Johannes Berg: «Wir haben die Baulängen der Getriebe deutlich reduziert. Und für eine hohe Flexibilität können wir sämtliche Motoren wie die Synchron-Servomotoren EZ in jeder gewünschten Baugrösse ohne Adapter direkt anbauen.» Diese Baureihe ist extrem platzsparend, leicht und hat eine hohe Leistungsdichte. Weil der Adapter wegfällt, ist das Gesamtsystem nochmal kompakter. Zudem entfällt eine separate Montage von Motor und Getriebe. Der Anwender erhält eine einsatzbereite Getriebeeinheit. «Der kleine Bauraum war eine der grossen Herausforderungen bei der Auslegung», erinnert sich Experte Johannes Berg und berichtet weiter: «Die Einbausituation für die Servoantriebe ist aufgrund des kompakten Maschinendesigns sehr beengt. Deshalb war auch die Montage der Antriebe eine echte Herausforderung für unsere Techniker.» Doch insbesondere durch die Gestaltung der platzsparenden Planetengetriebe der dritten Generation wird für den Werker nun alles freier und zugänglicher. Der Verzicht auf den Adapter wirkt sich äusserst positiv auf das Massenträgheitsmoment aus. So ist die volle Dynamik des Antriebs nutzbar – ein echter Mehrwert, der vor allem bei kleinen und mittleren Baugrössen kürzere Taktzeiten und eine verbesserte Energieeffizienz bewirkt.

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Hubantrieb verstärkt

Zur Schwerlastvariante sagt Johannes Berg: «Da die HS heavy flex bis zu 1200 kg schwere Bauteile aufnehmen kann, mussten wir den Hubantrieb stärker auslegen. Damit fiel die Wahl auf die Zahnstangentriebe der Baureihe ZTR.» Diese Ausführung mit aufgeschraubtem Ritzel auf der Flanschwelle des Planetengetriebes bietet eine hohe Linearsteifigkeit bei hohen Vorschubkräften. «Hermle hatte für diese Bewegung bereits einen Motor eingeplant, der nicht aus unserem Programm ist», sagt Johannes Berg. «Über variable Adapter können wir unsere Planetengetriebe auch mit sämtlichen Third-Party-Motoren in jeder Baugrösse kombinieren.» Entscheidende Kriterien für den Maschinenhersteller sind ein störungsfreier Betrieb und die Sicherheit, etwa bei der Wartung.

Die Automation HS flex ermöglicht es zum Beispiel Personen, sich beim Einrichten sicher im Arbeitsraum aufhalten zu können. Dabei sind die Antriebsachsen in einen gefahrlosen Zustand zu versetzen. Hängen an den vertikalen Achsen schwere Lasten, können diese aufgrund der Schwerkraft herabfallen und damit das Personal gefährden. Um das zu verhindern, werden die Vertikalachsen durch Bremsen gesichert. Diese müssen auch bei Stromausfall zuverlässig funktionieren. «Von Beginn an stand die Haltebremse im Fokus der Sicherheitsanforderungen», beschreibt Johannes Berg. Denn systembedingt ändert sich die Bremswirkung während der Betriebszeit. Deshalb muss der Zustand der Bremsen sicher überwacht und regelmässig überprüft werden – in der Regel schon beim Einschalten der Anlage. Stöber stellt dazu leistungsstarke Bremsen mit einem engen Toleranzfeld bereit. Die Safety-Funktionen der eingesetzten CNC-Steuerung (Heidenhain) sorgen für die regelmässige Überwachung und für eine eventuell notwendige Kalibrierung.

Michael Dietmann, Projektleiter HS flex bei Hermle, berichtet zur Zusammenarbeit mit den Experten für Antriebstechnik: «Wir waren von Anfang an in die Projektierung eingebunden.» Beim Auslegen der Antriebskomponenten nutzt der Pforzheimer Spezialist seit vielen Jahren die Engineering-Software Servosoft. Damit erfassen die Ingenieure die Forderungen des Maschinenherstellers anhand definierter Bewegungsprofile und einer Lastmatrix.

Somit ist die Auslegung der Antriebe zuverlässig und auf den Punkt möglich – ohne eventuelle Reserven berücksichtigen zu müssen. Besonders wichtig ist die Dokumentation der Antriebsberechnung. Die Fakten werden fixiert, was einen wesentlich besseren gegenseitigen Austausch beider Partner untereinander ermöglicht. Die Inbetriebnahme erfolgte letztendlich ohne Probleme und konnte in kurzer Zeit abgeschlossen werden. «Auch die Zusammenarbeit verlief sehr harmonisch und stets in enger Abstimmung miteinander», resümiert Johannes Berg. «Ganz ähnlich wie bei uns setzte auch Hermle für jedes Projektmodul einen anderen Experten ein. Am Ende koordinierten wir unsere Informationen, um ein einheitliches Bild zu schaffen.» (kmu) SMM

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