Modulare Montagezelle zum Prüfen und Verpressen von Kleinstwellen.

Automatisch und intelligent

Das Montieren und Prüfen unterschiedlich großer Kleinstwellen ist eine diffizile Aufgabe. Hier kommt eine Montagezelle des Automatisierungsspezialisten IEF Werner zum Einsatz, in der eine neue Servopressen-Baureihe installiert ist.

Die Präzisionswelle wird unter dem mit Stiften bestückten Drehtisch positioniert und nacheinander mit je drei Stiften verpresst.

In der Feinwerk- und Mikrosystemtechnik besteht häufig die Nachfrage nach Fertigungseinrichtungen, die sich flexibel an Änderungen im Produktspektrum anpassen lassen und deren Durchsatz skalierbar ist. Damit war auch ein Antriebsspezialist konfrontiert, als es um die automatische Montage und Prüfung von Kleinstwellen für elf unterschiedliche Kleingetriebetypen ging. Die verschiedenen Präzisionswellen haben Außendurchmesser zwischen 4,58 und 7,35 Millimeter, Wellendurchmesser von 1,5 bis zwei Millimeter und Gesamtlängen von etwa 10,5 bis 18,5 Millimeter. Außerdem werden die Kleinstwellen für unterschiedliche Getriebetypen produziert. Deshalb muss die Anlage schnell umgerüstet werden können. Wichtig sind eine hohe Flexibilität und ein reibungsloser Werkzeugwechsel. Weiterhin müssen die montierten Teile anschließend voll automatisiert in Getriebe eingesetzt werden. Dazu sollte sich die Montagezelle nahtlos in die Produktionslinie integrieren lassen.

Schwenkarmmodul übernimmt das Handling

IEF Werner in Furtwangen hat dazu die innovative und flexibel erweiterbare Mikromontagezelle sF 420 entwickelt. Weil der Fügeprozess hochgenau und automatisch durchgeführt werden soll, sind vor allem an die Servopresse enorme Anforderungen gestellt. IEF Werner hat deshalb die neue Baureihe AI-Press in die Montagezelle eingesetzt - der Name steht für "automatisch intelligent pressen". Ausgerüstet ist diese Presse mit einer intelligenten Steuerung, und das komplette System benötigt weniger Energie als vergleichbare Anlagen. Das Handling für die Montage übernimmt hier ein doppeltes Schwenkarmmodul vom Typ Rotary-Arm; es eignet sich für schnelle Pick- und Place-Aufgaben und ist mit je einem Sauggreifer ausgestattet. Die zu montierenden Teile werden über Wendelfördertöpfe bereitgestellt. Diese sind über definierte Schnittstellen mechanisch, elektrisch und steuerungstechnisch an die Montagezelle gekoppelt. Die Schnittstellen sind außerdem auf einen optimierten Wechselvorgang der Module ausgelegt. Zusatzfunktionen wie Bildverarbeitung oder Zuführungen für die Dosierung von Schmiermitteln in feinmechanischen Systemen lassen sich einfach integrieren.

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Schlechte Teile kommen ins Töpfchen

"Die Montage in der Zelle erfolgt überwiegend von oben", erläutert Ulrich Moser, Vertriebsleiter bei IEF Werner. Fast geräuschlos und mit präzisen und sparsamen Bewegungen saust der Sauggreifer über den ersten Wendelfördertopf und nimmt eine Präzisionswelle auf. Damit fährt er zu einer Messstation, in der Sensoren den Durchmesser und die Höhe des Absatzes an dem Bauteil messen, der später für die Montage - das exakte Verpressen - entscheidend ist. Stimmen die Maße nicht, werden sie je nach Ergebnis entweder in ein Töpfchen mit der Aufschrift "Ausschuss" oder in eines mit "Nacharbeit" gelegt. Liegen die Maße in der Toleranz, fährt der Greifer mit der Präzisionswelle zur ersten Bildverarbeitung "Lageerkennung", detektiert dort seine Drehlage und legt die Präzisionswelle in definierter Lage in eine Werkstückaufnahme, die auf einer X-Achse unter die Presse fährt. Dort steht ein Drehtisch bereit, der mit Stiften aus einem weiteren Wendelfördertopf bestückt wird. Die Präzisionswelle wird unter dem Drehtisch positioniert und nacheinander mit je drei Stiften verpresst. "Die neue Baureihe AI-Press ist so flexibel aufgebaut, dass wir sie einfach in die Montagezelle integrieren konnten", erläutert Moser.

Ausschlaggebend für die hohe Präzision der AI-Press ist der Antriebsstrang, dessen Basis ein massives und verwindungssteifes C-Gestell aus Stahl bildet. Anstelle der konventionellen Pinolenführung wird eine Präzisionsführung mit Kugelrollspindel eingesetzt. Positionierungsfehler, die durch die Auslenkung einer Pinole entstehen können, sind damit ausgeschlossen. Ein Konfigurationssystem sorgt dafür, dass sich der Antriebsstrang exakt an den benötigten Kraftbereich anpassen lässt. Der Servoantrieb arbeitet somit immer unter optimalen Betriebsbedingungen. „Prozessfaktoren wie Vorschubkraft, Verfahrgeschwindigkeit, Positionierzeit und Genauigkeit können exakt an den Antriebsstrang angepasst werden“, sagt Moser. Die Baureihe ist optional mit einem Wegmesssystem ausgestattet. Dieses erfasst die absolute Position über die gesamte Wegstrecke mit einer Exaktheit von weniger als einem Mikrometer. Bei dieser hochpräzisen Fügeaufgabe kann die Presskraft bis auf zehn Newton genau gemessen werden.

Wellenprüfung parallel zur Montage

Um den Pressvorgang zu überwachen und den Verlauf grafisch darzustellen, hat IEF Werner die Baureihe mit dem Kraft-Weg-Monitor AIQ-Control ausgestattet. Anhand eines Kraft-Weg-Verlaufs werden die Ergebnisse auf dem Monitor anzeigt. Dieser beinhaltet zudem verschiedene Funktionen wie Hüllkurven, Fenster und Kraft-Weg-Barrieren. Damit lassen sich die Messgrößen, die in bestimmten Relationen zueinander stehen, exakt überwachen. "Für uns stand bei der Entwicklung dieser Servopressen-Baureihe eine energieeffiziente Arbeitsweise im Vordergrund", sagt Moser. Mit dem verpressten Bauteil fährt der Werkstückträger nun auf der X-Achse zurück in seine Ausgangsposition. Der erste Sauggreifer entnimmt es und fährt damit zur zweiten Bildverarbeitung, die die Bohrungen auf Späne prüft. Je nach Ergebnis sortiert das System die kompletten Bauteile nach "Gut" oder "Nacharbeit". Die Taktzeit pro Bauteil beträgt insgesamt nur 15 Sekunden. Diese kurzen Taktzeiten lassen sich unter anderem auf Grund überlagerter Prozesse realisieren. So läuft die Wellenvorprüfung parallel zum eigentlichen Montagevorgang, dem Verpressen, ab.

Eine weitere Anforderung des Kunden bestand darin, die Montagezelle sicher zu gestalten, so dass auf Schutzgitter verzichtet werden kann. Deshalb setzte IEF Werner hier auf Linearachsen mit geringer Antriebsleistung. Sie sind hochgenau, bringen aber nur geringe Kräfte auf, die für diese Anwendung völlig ausreichen. Gerät eine Hand in einen sonst kritischen Bereich, stoppen die Antriebe sofort. Dadurch Dadurch werden die geforderten Sicherheitsvorschriften für den Maschinenbediener eingehalten.

pb

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