Moog 19 - Moog Animatics SmartMotor™ in Werkzeugeinstellgeräten – mehr Komfort für die spanende Fertigung!

Memmingen, 8. November 2022 – Leise Moog Animatics SmartMotoren ersetzen seit 2021 die Lärmquelle Schrittmotoren, schonen das Gehör der Mitarbeitenden und ermöglichen weitere Effizienzgewinne in der Arbeitsvorbereitung für die spanende Fertigung.

Grundlegendes

Generell dienen Werkzeugeinstellgeräte der Entkopplung von Werkzeugeinstellung und Rüstzeit mit dem Ziel, der CNC-Maschine mehr reine Produktionszeit zukommen zu lassen. Ein lohnender Aufwand, denn die Werkzeuge können für verschiedene CNC-Maschinen bereits vorbereitet werden, während diese noch im aktuellen Bearbeitungsvorgang laufen.

Massiv verringerte Einrichtezeit der CNC-Maschinen wird zudem erreicht, da deren Steuerung digitale, vorbereitete und korrekte Werkzeugdaten ohne Verzögerung erhält, Fehlerquellen wie manuelle Einstellung oder Tippfehler entfallen. Die Kenntnis der CNC-Maschine um die exakten Werkzeuggeometriedaten und der Schneidenqualität erhöht die Bearbeitungsqualität am Werkstück, die Standzeit des Werkzeuges und reduziert ungeplante Maschinenstopps.

Präzise und digital

Aufgabe der Motoren in einer Werkzeugeinstellmaschine ist, alle Positionen für das Werkzeug, das Kamerasystem bzw. für weitere Messaufgaben mit höchster Präzision anzufahren und derart genauso präzise und hochqualitative Messungen zu ermöglichen.

Am Beispiel der Kenova-Serie vom Spezialisten Kelch aus Weinstadt dreht sich in der einfachsten motorischen Ausprägung nur die Werkzeugspindel, um das zu messende Werkzeug im Umfang prüfen und messen zu können.

In der nächsten Stufe werden auch die Linearachsen X und Z motorisch zugestellt und in der größtmöglichen Ausprägung, der Kenova set line V9-S, werden 4 Linear- und zwei Rotationsachsen von gesamt 6 Motoren angesteuert.

Schrittmotoren waren seit dem Jahr 1982 das Mittel der Wahl, um die geforderte Genauigkeit zu realisieren. Schritte, Positionierung und Präzision sind ihnen quasi konstruktiv bereits zu eigen – aber?

Gehörschutz bitte!

Technische Funktionalität in Ehren, jedoch mussten die verwendeten Schrittmotoren in einem Frequenzbereich verwendet werden, der hohe Geräuschemissionen zur Folge hatte und von Mitarbeitenden als störend empfunden wurde. War „Lärm“ am Arbeitsplatz früher ohne Belang, hat sich das in der heutigen Betrachtung der gesamten Ressourcen, inkl. Mensch, grundlegend gewandelt.

Neu denken – smart denken!

Wie könnte man die Geräuschemissionen der Motoren eliminieren und eventuell noch weitere Effizienzgewinne einstreichen? Das fragten sich die Kelch-Entwickler und suchten 2016 den Kontakt zu den Moog-Ingenieuren, um deren SmartMotoren als Lösung zu bewerten.

Sofort überzeugend war, dass man vom SmartMotor™ im Grunde kein Geräusch mehr wahrnimmt. „Jetzt hört man erstmal, wie laut die eigentliche Mechanik ist“, wurde zwischenzeitlich mehrfach geäußert.

Darüber hinaus konnten die SmartMotoren mit ihrer kompakten Bauform, dem Entfall gesonderter Regler im Schaltschrank und dem Bedarf nur eines Netzteiles punkten, weil sie damit den Platzverbrauch des Systems erheblich reduzieren.

Die Möglichkeit einer unmittelbaren Ansteuerung über PC und als tatsächlich vollintegrierte Lösung die Realisierung einer direkten Kommunikation mit der Steuerungssoftware waren in den Augen der Ingenieure das Sahnehäubchen obenauf.

„Versuch macht klug“

Realistisch betrachtet ist es in der zeitlichen Abfolge nicht so, dass die Entwickler beim Hersteller „Heureka“ rufen und sämtliche Maschinen sofort auf SmartMotoren umstellen, bloß weil es eine mögliche Lösung gibt. Die Hypothese muss zuerst getestet werden und ihren Wert beweisen.

Von Moog wurde daher ein Musterkoffer mit SmartMotoren zur Verfügung gestellt; etwas, das im Zusammenspiel zwischen Maschinenhersteller und Zulieferer keine Selbstverständlichkeit darstellt, wie Kelch betont.

So ausgestattet konnten Programmiertests durchgeführt und Möglichkeiten der integrierten Ein- und Ausgänge des Motors getestet und erprobt werden.

Mit positiven Ergebnissen und weiteren Eigenschaften, die sämtliche Erwartungen übertrafen, wurden die Tests in den folgenden 4 Jahren intensiviert, die SmartMotoren für den Einsatz in den Werkzeugeinrichtemaschinen optimiert, kundenspezifische technische Modifikationen integriert und abschließend neue Vorserienmotoren geliefert.

Da die Abschlusstests mit Bravour bestanden wurden, stand dem Serienstart in 2021 nichts mehr im Weg, alle Kenova-Systeme werden seitdem mit Moog Animatics SmartMotoren ausgeliefert.

Smart-Technik im Detail

Kelch rüstet die Systeme mit SmartMotoren des Typs SM23165DT samt „Drive Enable“ Option aus.

Diese separate Spannungsversorgung der Verstärker-Stufe kann abgeschaltet werden, um ein ungeplantes Wiederanlaufen zu verhindern. Der Motor-Regler selbst bleibt spannungsversorgt und arbeitet normal weiter. Zusätzlich weist die Motorwelle eine Anpassung durch eine spezifische Abflachung an einer Seite auf, um beim Systemwechsel auf die SmartMotoren die bisherige Konstruktion nicht ändern zu müssen.

Ganz wesentlich für die Positioniergenauigkeit ist die Eigenschaft, die Position auch bei Stromabschaltung beizubehalten, so dass eine erneute Initialisierung obsolet ist.

Nominell können Motor und Verstärker-Stufe mit 24 bis 48 Volt versorgt werden, wobei die Leistung jedes Motors bei maximal 204 Watt Dauerleistung liegt. Bei 5.200 Umdrehungen liefert jeder Motor 0,52 Nm Dauerdrehmoment, die Spitzenleistung erreicht 0,84 Nm. Die Encoder-Auflösung liegt bei 4.000 Schritten pro Umdrehung, die Kommunikation mit der Steuerung und, im Fall mehrerer Motoren, direkt untereinander, kann über CAN-Bus erfolgen. Hier besteht auch die Möglichkeit, über das Moog Animatics interne Combitronic-Protokoll Mehr-Achs-Anwendungen einfach und schnell zu realisieren. Dieses Protokoll wird ebenfalls über CANopen übertragen und läuft parallel dazu.

Da die Sensorik direkt im Motor integriert ist, wird die Reaktionsgeschwindigkeit im Zusammenspiel von Steuerung und Software erhöht. Den Effizienzgewinn voll ausschöpfen können die SmartMotoren, wenn mehr als einer im Spiel ist. Daten werden in Echtzeit zwischen den Motoren transferiert und ermöglichen so koordinierte, präzise Bewegungsabläufe, wobei einer der SmartMotoren die Master-Funktion übernimmt und die anderen Motoren mitregelt, eine massive Entlastung für die zentrale Steuerung.

In wieweit der Entfall von Reglern und die Entlastung der zentralen Steuerung zusätzliche Vorteile bei der Energieeffizienz hinsichtlich Verbrauch und Wärmeentwicklung bietet, wird noch Gegenstand gesonderter Messungen sein.

Fazit

Kelch und den Endkunden ist man mit den aktuellen Werkzeugeinrichtemaschinen äußerst zufrieden. Die tiefgehende und enge Zusammenarbeit zwischen den Kelch- und Moog-Ingenieurteams bildete die Grundlage für die Integration der SmartMotoren in die Werkzeugeinstellgeräte. War das „Beruhigen“ der Motoren zwar der erste Ansatz, zeigte sich schnell, dass die SmartMotoren mit erheblich mehr Vorteilen aufwarten können. Davon ausgehend sind in dieser Form weitere kundenspezifische Lösungen mit Raum für Entwicklungen und Anpassungen möglich.

Maschinenhersteller ebenfalls nach smarten Antriebslösungen in ihrer Aufgabenstellung suchen, ist die Kontaktaufnahme zu Moog sicher ein wertvoller erster Schritt.

>Weiterführende Informationen

https://www.kelch.de/produkte/werkzeugeinstellgeraete/premium-line/kenova-set-line-v9xx-s-v9xx-s/
Video zu Kelch Kenova set line V6
https://www.moog.de/produkte/motoren_und_servomotoren/Integrierte_Motoren/SmartMotor.html

Legende:

Bild 1: Kelch Kenova set line V3xxx, ©Kelch GmbH
Bild 2: Moog Animatics SmartMotor™ Class 5 D-Style, ©Moog
Bild 3: Kelch Kenova set line V6xxx, ©Kelch GmbH
Bild 4: Kelch Kenova set line V9xx-S, ©Kelch GmbH