Servoverstärker: Für den richtigen Dreh in Schraubsystemen

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In den robotergestützten Schraubsystemen von Weber sorgen Servoverstärker von Sieb & Meyer seit 25 Jahren für den richtigen Dreh. Auf beiden Seiten entwickelt sich die Technik kontinuierlich weiter.

Servoverstärker in der Praxis: Weber Schraubautomation aus Wolfratshausen entwickelt, fertigt und vertreibt „Technik, die verbindet“. Die Systeme des mittelständischen Familienunternehmens übernehmen Schraub-, Verbindungs-, Zuführ- und Steueraufgaben – prozesssicher und hoch effizient.

Servoverstärker in Schraubsystemen

400 Mitarbeiter sorgen dafür, dass jährlich mehr als 1000 Maschinen und Systeme die Fertigungsstätten verlassen. Die Technologien sind weltweit gefragt, daher unterhält der Anbieter inzwischen Fertigungs- und Vertriebsgesellschaften in Deutschland, Frankreich, den USA, Italien, Tschechien und China.

Seit über 25 Jahren setzt das oberbayrische Unternehmen auf Servoverstärker von Sieb & Meyer aus Lüneburg. „In unseren Schraubsystemen hatten wir schon diverse Reglergenerationen im Einsatz“, bestätigt Christian Schönig, Entwicklungsleiter bei Weber. „Zunächst analoge Geräte, später dann digitale Modelle. Die Technik hat sich auf beiden Seiten kontinuierlich weiterentwickelt und dabei stets perfekt ergänzt.“

Schraubverbindungen mit hohen Anzugskräften und Losdrehmomenten

Das robotergestützte Schraubsystem RSF hat Weber für fließlochformende Verschraubungen entwickelt. Es ist vor allem im Karosseriebau beliebt, wo Mischbauweisen und die einseitige Zugänglichkeit von Fügestellen die Bearbeitung erschweren. Das RSF-Verfahren garantiert hochfeste Verbindungen in einem Fügeprozess. Schraubverbindungen können mit und ohne Vorloch ausgeführt werden. Materialschwankungen- und Fertigungstoleranzen lassen sich so ausgleichen. Ein weiteres Plus: Die Verbindungen sind wieder lösbar. Dafür sorgt ein metrisches Gewinde, das direkt in die zu verbindenden Elemente geformt wird. Eine Demontage ist somit jederzeit möglich. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn es um Reparatur oder Wiederverwertung von Materialien geht.

Gefühlvolles Schrauben mit hohen Drehzahlen

In den Modellen RSF25, RSF30 und RSF21 treibt der Servoverstärker SD2S den Motor der Schraubspindel an. Dabei ist ein sehr „gefühlvolles“ Drehen der Schraube notwendig, um die Drehmomente der Schraubverbindung exakt zu garantieren. Zudem muss eine hohe Drehzahl für ein schnelles Eindrehen der Schraube gewährleistet sein. „Beim fließlochformenden Schrauben ist die hohe Drehzahl sogar eine Bedingung“, erklärt Schönig. „Sie sorgt für Wärme am Einschraubort, sodass die Schraube überhaupt erst in das Blech eindringen kann.“ Die benötigten Drehzahlen von über 20.000 1/min sind für den SD2S kein Problem – genauso wenig wie die weiteren Anforderungen: Der Servoverstärker ermöglicht vor allem in internationalen Anwendungen eine Einspeisung von 3x400 V ... 3x480 V und verfügt über eine NRTL-Zertifizierung (C US-Zertifikat für USA und Kanada). Trotz der hohen Spitzenstromfähigkeit ist der SD2S sehr kompakt.

Sieb & Meyer nahm bei Weber noch einige kundenspezifische Anpassungen vor: So ermöglicht der SD2S hier ein Ab- und Andocken des Schraubers von der Hand des Roboters. „Der Motor lässt sich also vom Regler trennen“, so Schönig. „Nach dem Andocken ist das System innerhalb weniger Sekunden wieder betriebsbereit.“ Zudem wurde eine Ansteuerung der digitalen Ein- und Ausgänge des Reglers über EtherCAT realisiert. Dabei konnten die vorhandenen Schnittstellen des SD2S genutzt werden. Eine zusätzliche Ausgangsbaugruppe war nicht nötig.

Servoverstärker: In Echtzeit regeln mit EtherCAT

Seit einigen Jahren nutzt Weber den SD2S mit integrierter EtherCAT-Slave-Feldbusschnittstelle. Dieses Modell hat Sieb & Meyer im Jahr 2015 auf den Markt gebracht – aus gutem Grund: „Die extrem hohe Performance von EtherCAT ermöglicht Steuerungs- und Regelungskonzepte, die mit klassischen Feldbussystemen oder auch der noch oftmals zum Einsatz kommenden analogen +/-10V-Schnittstelle nicht realisierbar waren“, erläutert Ralph Sawallisch, Key Account Manager Antriebselektronik bei Sieb & Meyer. „Unter den Ethernet-basierten Echtzeit-Feldbussystemen ist EtherCAT im Bereich der Automatisierungstechnik inzwischen zu Recht eine feste Größe.“

Um dem Anwender eine einfache Umsetzung auf Basis etablierter Kommunikations- und Geräteprofile zu ermöglichen, wurde das CANopen-Profil CiA402 implementiert. Für Weber haben sich durch das neue Modell geldwerte Vorteile ergeben: „Die Verwendung der EtherCAT-Anbindung senkt die Verdrahtungskosten pro Schraubsystem um etwa 100 Euro“, so Schönig. „Gleichzeitig werden die Signale störungsfrei ohne Offset und Rauschen übertragen.“ Darüber hinaus ist es Weber nun möglich, einige zusätzliche Statuswerte zu übermitteln und die Diagnosetiefe bei einer Antriebsstörung deutlich zu verbessern.

Zusammenarbeit auf Augenhöhe

Die kontinuierliche technische Weiterentwicklung zieht sich wie ein roter Faden durch die Zusammenarbeit der beiden Partner. Derzeit entwickelt Sieb & Meyer auf Basis der neuen Entwicklungsplattform SD4x eine Geräteserie, die in jeder Hinsicht zukunftsfähig ist. Die Geräte unterstützen neue Schnittstellen und bieten eine Reihe von zusätzlichen Funktionen. Anwender werden von einer optimierten Performance, höheren Drehzahlen sowie einer geringeren Motorerwärmung ohne Sinusfilter profitieren. „Die Verbesserungen machen es möglich, die Produktionsqualität bei bestehenden Anwendungen zu verbessern und darüber hinaus ganz neue Einsatzbereiche zu erschließen“, betont Key Account Manager Sawallisch.

Keine Angst vor Kinderkrankheiten

Für Entwicklungsleiter Schönig ist es durchaus eine Option, früher oder später auf ein Gerät der SD4x-Reihe umzusteigen. „Sieb & Meyer entwickelt hier erneut eine Lösung, die technisch mehr bietet als der Wettbewerb. Interessant für uns ist zum Beispiel, dass die Geräte weitere Bus-Ansteuerungs-Varianten unterstützen werden.“ Angst vor „Kinderkrankheiten“ der neuen Servoverstärker hat Schönig nicht: „Der Support von Sieb & Meyer ist seit jeher ausgezeichnet, technische Rückfragen werden stets innerhalb kürzester Zeit beantwortet. Die Ansprechpartner kennen unseren Anwendungsbereich gut und wir kommunizieren offen und auf Augenhöhe.“ Und weil auch der Preis der Produkte stimmt, wird Weber weiterhin auf die Expertise von Sieb & Meyer vertrauen. Man darf also gespannt sein, wie viele Entwicklungsschritte die langjährigen Partner noch zusammen gehen.

Der Autor Torsten Blankenburg ist Vorstand Technik bei Sieb & Meyer.

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