Schrittmotoren in Hochleistungsanlagen zur Herstellung von Folienzuschnitten Schritt halten mit der Technologieentwicklung - wirautomatisierer

Schrittmotoren in Hochleistungsanlagen zur Herstellung von Folienzuschnitten

Schritt halten mit der Technologieentwicklung

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„Mit 300 Takten und mehr, da läuft schon was her.“ So bringt Martin Kresser, Betriebsleiter der Mendel GmbH, mit Stolz und in leicht westallgäuer Mundart die Leistungsfähigkeit der Medesa-Folien-stanztechnologie auf den Punkt. Zur Geschwindigkeit und vor allem zur Genauigkeit tragen schon über viele Jahre hinweg innovative und kontinuierlich innovierte Schrittmotoren mit passender Leistungselektronik bei.

Die Herstellung von Folienzuschnitten hat bei Mendel in Wangen über 30 Jahre Tradition. Als reine Lohnstanzerei gegründet, werden heute für viele Unternehmen Zuschnitte aus Aluminium-, laminierten Aluminium-, laminierten Papier- und diversen Kunststofffolien gestanzt. Typische Endprodukte sind Verpackungsfolien für die Lebensmittelindustrie wie Deckelfolien auf Joghurtbechern.

Aus der Praxis für die Praxis
Steigende Qualitätsansprüche der Kunden haben schon den Firmengründer anfangs der 80er Jahre veranlasst, die damals vorhandenen Maschinen zu optimieren. Im Fokus stand die Genauigkeit beim Stanzen. „Wo früher noch 2 mm Toleranz möglich war, sprechen wir heute von wenigen Zehntel“, erinnert sich Heinz-Dieter Mendel, Sohn des Firmengründers und heutiger Geschäftsführer. Ein Knackpunkt war seinerzeit die mechanische Kopplung der Vor- und Abzugswalzen mit dem Hauptantrieb. „Das Herzstück bildete eine sogenannte Kupplungs-/Brems-Einheit mit einem Kettenantrieb auf die Vorschubwalze“, erklärt Kresser. Aufgrund langer Wege und mechanischem Spiel wurde es zunehmend unmöglich, die ge- forderte Präzision zu erreichen. Außerdem musste laufend nachgestellt werden. Als Konsequenz hat man bereits 1984 in einer eigenen Maschinenkonstruktion die Antriebe für die Vor- und Abzugswalzen vom Hauptantrieb getrennt und mit Schrittmotoren von Berger Lahr ausgestattet.
So entstand 1989 die komplette Neuentwicklung, die Fertigung und der Vertrieb der Medesa-Hochleistungsanlagen zur Herstellung von Folienzuschnitten. Die kompakten Anlagen werden heute für Folienstärken ab 18 µm gebaut und zählen weltweit zu den Branchenführern. Mit 310 Takten pro Minute bei Abzugslängen bis 80 mm sprechen die Allgäuer Maschinenbauer zu Recht von Hochleistung. Welche Präzision gleichzeitig dahinter steckt wird deutlich beim Betrachten moderner Deckelfolien, die sich durch exakt zentrisch platzierten Druck, unterschiedlichste Prägungen und höchste Anforderungen an die Passgenauigkeit auszeichnen. Dazu sind die Folienstanzmaschinen neben ausgereiften Schneidwerkzeugen individuell auch mit integrierten Prägestationen oder weiteren Extras wie Siegellackprüfer, Tastmarkenkontrolle und fortlaufenden Zählwerken ausgestattet.
„Die ersten seinerzeit verwendeten Motoren waren 5-Phasen-Schrittmotoren“, erzählt Kresser. Mit Entwicklung der 3-Phasen-Schrittmotoren von Berger Lahr hat sich dann der Schaltungs- und Verdrahtungsaufwand reduziert. Außerdem entstand im Vergleich zur 5-Phasen-Variante, bedingt durch eine optimierte Innengeometrie des Motors und des verwendeten Magnetmaterials, eine höhere Leistungsdichte. Mit 50 % mehr Drehmoment gegenüber herkömmlichen Schrittmotoren in vergleichbarer Baugröße genügt in der Anwendung häufig ein kleinerer Motor, um die gestellten Drehmomentanforderungen zu erfüllen. „In den Medesa-Maschinen sorgen die Schrittmotoren mit einer Auflösung von 1000 Schritten pro Umdrehung für ausreichend Positioniergenauigkeit im Folienvorschub“, bestätigt Kresser und sieht derzeit keine Notwendigkeit, auf Micro-Step-Modus zur elektronischen Regelung für bis zu 10 000 Schritte oder gar Soft-Step-Funktion für noch feinere Auflösungen zurückzugreifen.
Als Leistungselektroniken werden Geräte vom Typ TLD012 aus der Familie Twin Line verwendet. Sie arbeiten als Stand-alone-Endstufen mit integriertem Steuerungs- und Leistungsteil. Mit eingebautem Netzfilter können die Geräte netzseitig ohne weitere Entstörmaßnahmen betrieben werden. Dabei überwachen sie die maximale Leistungsabgabe. Die in der von Mendel selbst entwickelten Maschinensteuerung generierten Sollwertsignale werden inkremental über die Pulse-C-Schnittstelle als Pulssignale vorgegeben.
In dieser Konstellation kommen Medesa-Folienstanzmaschinen weltweit zum Einsatz. Dass Berger-Lahr-Schrittmotoren und -Endstufen über Schneider Electric ebenfalls weltweit verfügbar sind, wird in Wangen als zusätzlicher Vorteil der ansonsten robusten und wartungsarmen Antriebslösung gesehen. „Damit ist unabhängig vom Einsatzort unserer Maschinen gewährleistet, dass Anwender falls nötig leicht einen Motor selbst austauschen können“, betont Mendel, für den die einfache Handhabung und robuste Ausführung wesentliche Merkmale seines Maschinenkonzepts sind. Darin spiegelt sich seine Maxime „aus der Praxis für die Praxis“ wieder. Alle Innovationen in Technik und Design wurden und werden generell in der eigenen Lohnfertigung getestet, bevor sie in neue Anlagen-Modelle einfließen. Das gilt auch für die alternativ zur TLD012-Leistungselektronik einsetzbare neue Schrittmotorendstufe SD3 (Stepper Drive 3-Phasen) von Berger Lahr.
Funktionell und ökonomisch
In kompakter Bauform sind die universell einsetzbaren SD3-Schrittmotorverstärker funktionell und nach ökonomischen Gesichtspunkten zugeschnitten. Netzteil und -filter sind integriert, bei zwischen 115 und 230 V umschaltbarer Netzspannung. Die optoentkoppelte Puls/Richtung-Schnittstelle deckt den Spannungsbereich von 3,5 bis 24 V ab. Dem Anwender bietet sich so eine kostengünstige und leistungsfähige Komplettlösung für den Einsatz der Schrittmotortechnologie.
Die SD3-Produktfamilie gibt es in zwei Leistungsklassen mit 2,5- und 6,8-A-Varianten. Die Geräte sind entweder mit einer optoentkoppelten Signalschnittstelle für 5- und 24-V-Einganggsignale (nur SD3 26) oder mit einer RS422-Schnittstelle für Puls/Richtung-Signale oder A/B-Encodersignale (SD3 28) ausgestattet. Je nach Ausführung stehen Feldbusschnittstellen mit Canopen (Kommunikationsprofil DS 301, Geräteprofil DSP 402) und Modbus (RTU-Protokoll) oder mit Profibus (DP V0) zur Verfügung. Darüber hinaus gibt es für Typ SD3 28 einen analogen Sollwerteingang ±10 V.
Onboard sind eine Drehüberwachung und die für SD3 charakteristische Sicherheitsfunktion „Sicherer Halt – Power Removal“. Sie schaltet das Motordrehmoment sicher ab und realisiert die Steuerfunktion „Stillsetzen im Notfall“ (EN 60204-1) für Stopp-Kategorie 0 (Stillsetzen durch sofortiges Abschalten der Energie zu den Maschinen-Antriebselementen) und Stopp-Kategorie 1 (gesteuertes Stillsetzen, wobei die Energie zu den Maschinen-Antriebselementen beibehalten wird, um das Stillsetzen zu erzielen). So wird SIL 2 nach IEC 61508 erreicht. Zudem verhindert diese Funktion den unerwarteten Wiederanlauf.
eA 494

praxis plus
Die Folienstanzmaschinen von Mendel profitieren schon lange von der Berger-Lahr-Schrittmotortechnologie. Mit ihren leistungsstarken Features stellen nun die SD3-Schrittmotorverstärker hier eine adäquate Alternative mit viel Innovationspotenzial dar zu der über Jahrzehnte in den Medesa-Maschinen bewährten Twin-Line-Lösung. „Bestehenden Kunden werden wir künftig die Konstanz in bekannter Ausführung bieten, wobei der Einsatz von SD3-Verstärkern in neuen Anlagen mit den gleichen Schnittstellen problemlos möglich ist“, resümiert Geschäftsführer Heinz-Dieter Mendel.

Innovative Produkte sorgen für den Erfolg von Berger Lahr im Antriebsmarkt, sind aber erst durch gute und motivierte Mitarbeiter möglich. Daher setzt das Unternehmen auf eine offensive, individuell abgestimmte Mitarbeiterentwicklung, was Anfang 2007 mit dem „Top Job“-Gütesiegel für einen der 100 besten Arbeitgeber im Mittelstand belohnt wurde.
Mehr Informationen zum Produktspektrum von Berger Lahr sind hier verlinkt.

eA-INFO-TIPP
Innovative Produkte sorgen für den Erfolg von Berger Lahr im Antriebsmarkt, sind aber erst durch gute und motivierte Mitarbeiter möglich. Daher setzt das Unternehmen auf eine offensive, individuell abgestimmte Mitarbeiterentwicklung, was Anfang 2007 mit dem „Top Job“-Gütesiegel für einen der 100 besten Arbeitgeber im Mittelstand belohnt wurde:
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