Nebenzeiten reduzieren, Produktionszeiten steigern: Mit dem Handling-System HS flex hat Werkzeugmaschinenbauer Hermle eine effiziente und flexible Automationslösung für seine Bearbeitungszentren entwickelt. Das Prinzip: Werker spannen zu bearbeitende Bauteile und Rohlinge auf Paletten und lagern diese im Speichermodul ein. Das Handling-System be- und entlädt das Bearbeitungszentrum daraufhin komplett selbstständig. Die Maschine kann also ununterbrochen arbeiten – auch über Nacht und am Wochenende. Durch das Paletten-Handling lässt sich die Bearbeitung unterschiedlicher Bauteilgeometrien- und -größen ohne Roboter einfach automatisieren. Anwender können damit wirtschaftlich in die Automatisierung einsteigen.
Transportiert die Standardversion unterschiedliche Paletten mit einem Gewicht von bis zu 450kg inklusive Bauteil zwischen Rüstplatz, den Speichermodulen und Arbeitsraum des Bearbeitungszentrums, sind es bei der HS flex heavy das Doppelte. Der Turm, der im Inneren der Zelle die Werkstücke bewegt, kann Dreh-, Hub- und Fahrbewegungen ausführen. „Diese müssen schnell, dynamisch und präzise sein“, erklärt Johannes Berg, Leiter des Vertriebscenters Süd-West bei Stöber. Der Antriebsanbieter arbeitet schon seit vielen Jahren mit dem Maschinenbauer zusammen und liefert Präzisionsantriebe für Bearbeitungszentren – seit 2016 auch für die Automatisierungssysteme. „Bei der Standardausführung der HS flex setzen wir für alle drei Bewegungen jeweils unsere schrägverzahnten Zahnstangentriebe der Baureihe ZV ein. Sie basieren auf einsatzgehärteten und geschliffenen Ritzeln mit hoher Verzahnungsqualität und exakt darauf abgestimmten Zahnstangen“, so Berg.
Im Direktanbau kompakter und leichter bauen
Stöber kombiniert diese Zahnstangentriebe mit seiner neuen Generation an Servo-Planetengetriebemotoren. „Wir haben die Baulängen der Getriebe deutlich reduziert“, so Berg weiter. „Für hohe Flexibilität können wir sämtliche Motoren aus unserem Programm, z.B. die Synchron-Servomotoren EZ, in jeder gewünschten Größe ohne Adapter direkt anbauen.“ Diese Baureihe ist leicht, braucht wenig Platz und hat daher eine hohe Leistungsdichte. Weil der Adapter wegfällt, ist die Gesamtlösung nochmal kompakter. Zudem entfällt eine separate Montage von Motor und Getriebe. Der Anwender erhält eine einsatzbereite Getriebeeinheit.
„Der geringe Bauraum war eine der großen Herausforderungen bei der Auslegung“, erinnert sich Berg. „Die Einbausituation für die Servoantriebe ist aufgrund des kompakten Maschinendesigns sehr beengt.“ Doch insbesondere die Gestaltung der dritten Planetengetriebe-Generation von Stöber räumt dem Werker mehr Platz ein. Der Verzicht auf den Adapter wirkt sich positiv auf das Massenträgheitsmoment aus: So ist die volle Dynamik des Antriebs nutzbar – ein Mehrwert, der sich vor allem bei kleinen und mittleren Baugrößen in kürzeren Taktzeiten und mit einer verbesserten Energieeffizienz widerspiegelt.
Verstärkter Hubantrieb gefordert
„Da die Schwerlastversion der Handling-Lösung Bauteile bis zu 1.200kg aufnehmen kann, mussten wir den Hubantrieb stärker auslegen“, blickt Berg zurück. Damit fiel die Wahl auf die Zahnstangentriebe der Baureihe ZTR. Die 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 Berg. „Über variable Adapter können wir unsere Planetengetriebe auch mit sämtlichen Third-Party-Motoren in jeder Baugröße kombinieren.“
Ganz wichtig für Hermle sind ein störungsfreier Betrieb und das Thema Sicherheit, etwa bei der Wartung. HS flex ermöglicht es z.B. Personen, sich beim Einrichten sicher im Arbeitsraum aufzuhalten. 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. Sie müssen auch bei Stromausfall zuverlässig funktionieren. „Von Beginn an stand die Haltebremse im Fokus der Sicherheitsanforderungen“, betont 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 lieferte dazu leistungsstarke Bremsen mit einem engen Toleranzfeld. Die Safety-Funktionen der eingesetzten Heidenhain-Steuerung sorgen für die regelmäßige Überwachung und für eine eventuell notwendige Kalibrierung.
Zusammenarbeit als Partner und Kunde
„Wir waren von Anfang an in die Projektierung eingebunden“, erzählt Michael Dietmann, Projektleiter HS flex bei Hermle. Stöber setzt bei der Auslegung seit vielen Jahren auf die Engineering-Software Servosoft – mittels der die Ingenieure die Anforderungen von Hermle anhand definierter Bewegungsprofile und einer Lastmatrix detailliert erfassen können. 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 besseren gegenseitigen Austausch beider Partner untereinander ermöglicht.
