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Linear- und Servoantriebstechnik für Wälzfestigkeitsprüfstand

Nord auf der SPSDer Antrieb steuert den Ablauf

Nord Drivesystems_appl_blockage

Nord Drivesystems kündigt bereits jetzt einen Ausstellungsschwerpunkt auf der kommenden SPS an.

 

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Mehrachs-ServoverstärkerEin echter Antriebs-Kraftakt

Das Fraunhofer-Institut LBF in Darmstadt errichtete einen Wälzfestigkeitsprüfstand, auf dem Stähle getestet werden. Servoantriebe sowie Steuerungs- und Kommunikationstechnik von SEW-Eurodrive sorgen für kraftvollen Vorschub und sichere Datenübertragung.

Wälzfestigkeitsprüfstand

Am Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF in Darmstadt-Kranichstein wurde ein Prüfverfahren entwickelt, mit dem Kenntnisse über den Belastungszustand von linearen Bauteilen sowie die Werkstoffbeanspruchung ermittelt werden. Bei diesem sogenannten Spaltprofilieren wird ein Blech in mehreren Schritten von Hilfswalzen geführt und von Spaltwalzen umgeformt. Das Besondere an diesem neuartigen Verfahren ist eine Eigenschaftsveränderung im Gefüge des umgeformten Materials im Bereich des Spaltwalzeneingriffs.

Spaltprofilierte lineare Profile werden auf einem Wälzfestigkeitsprüfstand getestet und dabei auf mögliche Defekte überwacht. Elektrische Antriebe von SEW-Eurodrive sorgen für die Bewegung. Zwei Linearmotoren bilden den Hauptantrieb des Prüfstands. Er besteht jeweils aus einem feststehenden Magneten sowie einem darüber angeordneten, beweglichen Läufer. Während der Materialprüfungen kann der Antrieb bis acht g beschleunigen und erzielt dabei Geschwindigkeiten bis sechs Meter pro Sekunde. Die hierfür erforderliche Vorschubkraft beträgt etwa 5.000 Newton; sie wird über den Läuferstrom aufgebaut. Durch den hohen Momenten- und somit Strombedarf entsteht in den Linearmotoren Wärme, die eine Wasserkühlung erfordert. Gegenläufig angeordnete Schleppketten versorgen beide Motoren mit elektrischem Strom und Kühlwasser.

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Das Aufbringen der für Wälzfestigkeitsanwendungen benötigten Hertzschen Pressung erfordert besonders hohe Kräfte. Vier Zustellantriebe FF27 CMP50L von SEW-Eurodrive bringen auf den Prüfling und somit auch auf den Läufer des Linearmotors Anpresskräfte etwa 20.000 Newton auf. Diese Kräfte werden über zwei Rollen übertragen, die wiederum jeweils durch einen SEW-Servogetriebemotor BSF302B CMP63M angetrieben werden. Die gesamte Konstruktion ruht auf einem 40 Tonnen schweren Prüfstandstisch.

Herstellung des Spaltprofils

Servoantriebssystem Moviaxis
Für die Speisung der Motoren kam das Servoantriebssystem Moviaxis von SEW-Eurodrive zum Einsatz. Es besteht aus einem 100-A-Achsmodul für beide Linearmotoren sowie weiteren Achsmodulen für die Zustell- und Rollenantriebe. Sie werden über ein Versorgungsmodul MXP und den gemeinsamen Zwischenkreis gespeist. Die gesamte Produktfamilie Moviaxis umfasst Achs- und Mastermodule, Kompakteinspeisemodule, Versorgungs- und Zusatzmodule sowie Options- und Erweiterungskarten. Das Servoantriebssystem weist eine sehr gute Ausstattung auf, unter anderem Ethernet TCP/IP, USB, Datenspeicherung, Achsparameter-/Daten-Autoreload nach Achstausch und so weiter. Schon die On-Board-Technologie des Geräts hält viele Lösungsmöglichkeiten bereit.

Mit der Motion-Control-Steuerung Movi-PLC von SEW-Eurodrive, die es in mehreren Ausprägungen gibt, lässt sich die Motion-Control-Funktionalität stufenweise erweitern und kann so mit einer Maschine „mitwachsen“. Moviaxis lässt sich durch grafische und benutzerführende Oberflächen in Betrieb nehmen. Dank seiner kleinen Gehäuseabmessungen benötigt das Antriebssystem wenig Bauraum – bei durchgängiger, einfacher Konvektionskühlung und hoher Leistungsdichte (250 Prozent Überlastfähigkeit). Weitere Vorteile sind der geringe Installationsaufwand sowie die innovative Energiezwischenspeicherung zur Vermeidung beziehungsweise Reduzierung von Verlusten und Abwärme. Zur besseren Auslastung des gesamten Antriebssystems wurde für die Produktfamilie Moviaxis ein Konzept zur Zwischenspeicherung von Energie entwickelt. Die optionalen Speichermodule MXC können an alle Versorgungsmodule MXP angebaut werden. Im Antrieb des Wälzfestigkeitsprüfstands sorgen zwei Speichermodule für eine hohe Energieeffizienz des Gesamtsystems. Sie speichern freiwerdende Bremsenergie und geben diese bei Beschleunigungsvorgängen wieder an den Motor ab. Dadurch wird das Versorgungsnetz entlastet, und die Netzeinspeisung konnte etwa 20 Prozent kleiner ausgelegt werden.

Messwerterfassung auf analogen Karten
Zur Erfassung analoger Messwerte gibt es für das Servoantriebssystem Moviaxis die Analog-Optionskarte XIA11A. Sie wird in den Achsmodulen zur positionsbezogenen Analogwerterfassung eingesetzt. Die Wegmessung des Prüflings erfolgt über einen Lineargeber am Messtisch. Die Position der Zustellachsen wird über einen Hyperface-Absolutdrehgeber im Motor erfasst. Eine weitere Optionskarte, die Multigeberkarte XGH11A, stellt das Gebersignal für die Körperschallmessung bereit. Diese Auswertung ermöglicht die rechtzeitige Erkennung eines möglichen Defekts des Prüflings. Die komplette Achskommunikation erfolgt über SBus, den CAN-basierenden internen Systembus von SEW-Eurodrive. Er sorgt innerhalb des Servoreglers Moviaxis für den schnellen Messdatenaustausch zwischen den einzelnen Achsmodulen und der Steuerung Movi-PLC.

Servoantriebssystem

Steuerung des Prüfstands
Die Steuerung des gesamten Wälzfestigkeitsprüfstands und der Peripherie erfolgt über eine Movi-PLC DHE41B. Dieser Controller der Leistungsklasse advanced ist auch für das Kühlwasser und die Temperaturmessung zuständig. Eine weitere Aufgabe der Movi-PLC ist die positionsbezogene Messdatensammlung. Die gesammelten Messdaten werden konsistent in einem Ethernetframe zum PC gesendet. Hier erfolgt die Visualisierung der Prüfstandszustände und Daten mit der grafischen Programmierumgebung Labview. Auf dieser Plattform werden grafische Symbole eingesetzt und miteinander verbunden, so dass eine Art Flussdiagramm entsteht. Sie bietet zahlreiche integrierte Bibliotheken für erweiterte Analyse- und Darstellungsfunktionen zur Erstellung virtueller Messgeräte. Auf dem Prüfstands-PC erfolgen ebenfalls die Messdatenverarbeitung, -analyse und -archivierung.

Andreas Nommel, Ivan Karin, Johannes Hößbacher

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