Zündende Idee

Marginale Spalte

Die EDT-Maschinen von Kleinknecht texturieren Walzen zur Blechbearbeitung. Foto: H. Kleinknecht & Co. KG

60 Elektroden werden mithilfe der eisenlosen Linerarmotoren hochpräzise bewegt. Foto: H. Kleinknecht & Co. KG

März 2014

 

Mit Funken und präzisen Linearmotoren von Rexroth texturiert der Werkzeugmaschinenspezialist Kleinknecht Walzen, die Bleche aufrauen – so können diese später wirtschaftlicher und umweltfreundlicher lackiert werden.

 
 

Ein frisch gewaschenes Auto strahlt in der Sonne, ein gerade geputztes Haushaltsgerät wartet blitzeblank auf neue Aufgaben. Damit der Lack jedoch so makellos und glatt ist, muss das Blech darunter eine im Mikrobereich aufgeraute, texturierte Oberfläche haben. Diese bekommt es durch eine Walze, die mit hohem Druck ihre Struktur auf das Blech überträgt – wie beim Prägen einer Münze. Dadurch haften Lacke und Pulverbeschichtungen nicht nur besser, sie lassen sich auch wesentlich wirtschaftlicher aufbringen. So sparen beispielsweise Automobilhersteller bei der Lackierung etwa vier Kilogramm Lack pro Pkw.

Doch wie kommt die Struktur auf die Walze? Die populärste Methode dafür ist die sogenannte Funkenerosion (englisch: Electrical Discharge Texturing, kurz: EDT, Funktionsweise siehe Kasten). Bei seinen EDT-Maschinen geht der Automatisierungs- und Antriebsspezialist H. Kleinknecht & Co. GmbH aus Siegen, Deutschland, nun neue Wege: mit linearen und rotativen Direktantrieben sowie mit Steuerungstechnik von Rexroth.

Arbeiten im Submikrometerbereich

Als erster Hersteller von High-End-EDT-Maschinen nutzt das Unternehmen elektrische Linearmotoren, um die für die Funkenerosion verwendeten Elektroden passend einzustellen. „Die Herausforderung bei der Entwicklung unserer EDT-Maschine bestand darin, alle 60 Elektroden koordiniert zu bewegen und im Submikrometerbereich zu positionieren. Dadurch können wir die gewünschte Oberflächenstruktur auf den Walzen in perfekter Qualität herstellen“, erläutert Christoph Hauck, Geschäftsführer bei Kleinknecht das Verfahren. Das Antriebssystem zur Verstellung des Elektrodenabstands positioniert die Elektroden nun mit einer Genauigkeit von weniger als einem Mikrometer – zehnmal genauer als bisher. Das System besteht aus eisenlosen Linearmotoren IndraDyn L der Baureihe MCL sowie den Kompaktreglern IndraDrive Cs.

Die Kernfunktion des EDT-Verfahrens haben die Automatisierungsspezialisten von Kleinknecht direkt in die integrierten Antriebssteuerungen IndraMotion MLD der Antriebsregler programmiert. Die Maschinensteuerung vom Einlegen bis zur Entnahme der Walze via Sercos® Automatisierungsbus übernimmt eine übergeordnete Steuerung. Diese bindet die Maschine zudem wahlweise über Profinet, Profibus, Ethernet/IP, CANopen oder Sercos® an die Produktionssysteme des Betreibers an. Die dezentrale Regelung des Erodierprozesses auf der MLD lässt das System exakter arbeiten und entlastet die zentrale Steuerung.

Gezielte Beeinflussung

Das Herzstück des Systems sind eisenlose Linearmotoren MCL von Rexroth. In ihnen werden leichte Primärteile mit Magnetspulen ohne Eisenkern zwischen zwei Reihen starker Dauermagnete in den fest stehenden 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. Auch ist das Regelverhalten der Linearantriebe von Rexroth über den gesamten Verfahrweg konstant. Diese Eigenschaften garantieren die exakte Einhaltung des erforderlichen Elektrodenabstands im Erodierprozess.

Zudem entstehen in den Linearmotoren MCL keine Rastkräfte, sodass weniger Störgrößen auf die Positionierregelung einwirken. Die geringe Eigenmasse und kleine Induktivität der eisenlosen Antriebe ermöglicht hohe Beschleunigungen, durch die sich beispielsweise Störungen aufgrund von Erschütterungen in der Nähe der Anlage ausregeln lassen. „Schon bei den ersten Testläufen wurde klar: Die Innovation von Kleinknecht hat großes Potenzial“, sagt Jan Schönerstedt, Produktmanager für Direktantriebe bei Bosch Rexroth. „Die Beschaffenheit der texturierten Oberflächen lässt sich nun wesentlich gezielter beeinflussen als mit herkömmlichen EDT-Maschinen. Zudem ist das Verfahren deutlich zuverlässiger.“ In der Praxis hat sich der neue Ansatz schon mehrfach bewährt.

Der durchgängige Einsatz der Antriebs- und Steuerungskomponenten von Rexroth vereinfacht die Projektierung, Inbetriebnahme und Wartung der Kleinknecht EDT-Maschinen. Außerdem eröffnen sich neue Möglichkeiten bei der Strukturierung der Walzenoberfläche: Da zu jeder Zeit Zugriff auf sämtliche Antriebsparameter und Prozessgrößen besteht, konnte Kleinknecht neue Technologieansätze für den Erodiervorgang entwickeln.

Offene Softwarestruktur

Auf der Softwareseite profitiert Kleinknecht von der Übersichtlichkeit und Offenheit der Rexroth-Lösungen. Mit der Software IndraWorks sind Programmierung, Konfiguration und Inbetriebnahme einheitlich in einer Oberfläche zusammengefasst. Die Projektverwaltung mit zentralem Datenmanagement für Gerätekonfiguration, Visualisierungen und SPS-Programme sichert die Konsistenz aller Daten und bietet eine übersichtliche Darstellung.

Dank der PLCopen-Automatisierungsarchitektur können Maschinenbetreiber die EDT-Maschinensoftware leicht in ihre Produktionssysteme integrieren. Intuitive Hilfsprogramme unterstützenden Nutzer bei allen Schritten von der Gerätekonfiguration bis zur Parametrierung von Technologiefunktionen. Christoph Hauck: „Wesentlicher Vorteil der offenen Struktur ist die Unabhängigkeit von proprietären Feldbussen und Programmierumgebungen. So lässt sich die EDT-Maschinensoftware jederzeit individuell an die Kundenumgebung anpassen – ein Plus an Sicherheit für langfristige Investitionen.“

 

Funkenerosion

Die Walze, die texturiert werden soll, dreht sich (1) in einem flüssigen Dielektrikum (2) und pendelt zusätzlich in axialer Richtung (3). Bis zu 60 Elektroden (4) werden mit Linearmotoren bis auf wenige Mikrometer Abstand an die Oberfläche der Walze herangefahren. Während des Erodierens geben viele mikroskopisch kleine elektrische Entladungen (5) mit präzise geregelter Dauer und Stromstärke der Walzenoberfläche die gewünschte Struktur.

Die exakte Einhaltung des Abstands zwischen den Elektroden und der Walzenoberfläche ist dabei entscheidend für das Ergebnis. Zudem muss der Abbrand der Elektroden – der Verlust an Metall – ständig nachgeführt werden.