Montagetechnik

Energieeffiziente Prozess-Stationen

Pfuderer nimmt sich der Energieeffizienz beim Nieten an
Standardkomponente für die automatisierte Produktion: mechatronisches Nietmodul mit integrierter Qualitätssicherung. (Fotos Pfuderer)
Seit den neunziger Jahren hat Pfuderer Maschinenbau in Ludwigsburg eine Entwicklung zur Modularisierung seines Baukastens für die Konstruktion und Produktion von Anlagen zur automatisierten Montage vorangetrieben. Nach der Entwicklung von Grundmodulen in Ring- und Längsbauweise und Montagestationen liegt inzwischen ein Schwerpunkt auf effizienten Prozessstationen.

Jüngste Pfuderer-Standardkomponente für die automatisierte Montage ist eine mechatronische Nietstation mit integrierter Qualitätssicherung. Gegenüber Nietverfahren mit pneumatischem Antrieb ermöglicht dieses mechanische Verfahren hohe Taktzahlen. So können Nieten mit einem Durchmesser von vier Millimeter bei 60 Takten pro Minute zu stark reduzierten Energiekosten zuverlässig verarbeitet werden. Grundlage hierfür ist der zehnfach bessere Wirkungsgrad von servomechanischen Antrieben gegenüber pneumatischen. Exemplarisch in Zahlen ausgedrückt heißt das: Bezogen auf einen Nietdurchmesser von vier Millimeter und einer Zustellung der Nietmaschine von 20 Millimeter spart dieses mechatronische Nietmodul über eine Stückzahl von 20 Millionen Nietungen 20.000 Euro an Energiekosten ein. Eine entsprechende mögliche Einsparung bei 60 Takten lässt sich leicht hochrechnen. Ulrich Traffa, Vertriebs- und Marketingleiter der Pfuderer GmbH, beschreibt die Nachfrage der Kunden so: „ Ob Automobilzuliefer-, Elektro-, Beschlag- und Kunststoffindustrie: Branchenübergreifend herrscht bei vergleichbarer Qualität von Produkten ein enorm preisgetriebener Wettbewerb. Deshalb sind Produktionskosten zu sehr nachhaltigen Erfolgsfaktoren aufgestiegen, die für den gesamten Produktzyklus errechnet werden.“ Entsprechend wichtig ist die Energieeffizienz aller Komponenten bei Maschinen und Anlagen für die Montage- und Prozessautomation.

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Evergreen Kurvenscheibe

Der Antrieb des mechatronischen Nietmoduls besteht aus Kurvenscheiben, deren Kurvenverlauf nachhaltig optimiert wurde. Auch die Zustellung und der Arbeitshub der Nietstation erfolgen mit mechanischem Antrieb. Die erforderliche Nietkraft wird über einen Kniehebel erzeugt und ersetzt das zeitraubende und teure Befüllen großer Pneumatikzylinder mit Luft marktüblicher Nietstationen. Zusätzlich setzt die Nietmaschine durch den Kurvenantrieb weich auf dem Niet auf und trägt zu einer hohen Verfügbarkeit der gesamten Montageanlage bei. Eine Qualitätssicherung der Nietung ist in das Modul direkt integriert: Jeweils vor und nach dem Nietprozess wird die Niethöhe des Niets gemessen. Notwendige Hard- und Software wurden ebenfalls bei Pfuderer inhouse als Eigenentwicklungen und Bestandteil des mechatronischen Nietmoduls konzipiert und bis zur Marktreife entwickelt. Dank des modular aufgebauten Baukastens können Nietungen vertikal von oben und von unten, horizontal von links und von rechts, einseitig mit zustellbarem Gegenhalter oder beidseitig vorgenommen werden. Aufgrund des robusten, mechanischen Antriebs können mehrere Nietstationen ohne zusätzlichen Druckspeicher in einer Anlage integriert werden. Damit wurden vollkommen neue Anforderungen in den Bereich des Machbaren gerückt. Grundsätzlich steht mehr Flexibilität in der Stückzahlenproduktion zur Verfügung. Die Integration des Nietmoduls in hybride Montagelösungen oder in Ring- bzw. Längstransfersysteme ist problemlos möglich.

Sicherheit steht an erster Stelle

Sichere Prozesse sind die Voraussetzung für Qualität. Es kommt darauf an, dass die exakte Werkstückpositionierung und der Einzelprozess selbst immer wieder genau reproduzierbar sind. Effiziente, sichere und leistungsfähige Lösungen setzen besonders für Prozessstationen qualitativ hochwertige Komponenten voraus. Die Nietstation ist nur das jüngste Ergebnis im Sortiment von Standard-Prozessstationen, mit deren Entwicklung man bei Pfuderer 2006 begann. Als weitere Prozessstationen hat die Pfuderer GmbH eine Schraubstation, eine mechanische Presse, eine Ultraschallschweissstation und eine Fettstation im Programm. Für letztere werden hochwertige Volumendosierventile eingesetzt, die eine präzise Dosierung ermöglichen. Eine Fasspumpe sichert die blasenfreie Bereitstellung des Fetts, das entweder punktuell oder durch eine Bewegung des Dosierventils als Raupe exakt positioniert wird. Mit den drehmomentgenauen Schraubstationen können verschiedenartige Schrauben verarbeitet werden. Je nach Durchmesser und Längenverhältnissen werden die Schrauben zugeblasen oder über eine Handhabung positioniert. Der Schraubprozess erfolgt drehmoment- und drehwinkelüberwacht und wird durch einen hoch dynamischen Servomotor angetrieben. Für Pressvorgänge steht eine mechanische Presse mit Überlastsicherung zur Verfügung. Um den Pressvorgang zu dokumentieren, kann der Kraft-Weg-Verlauf ausgewertet und grafisch dargestellt werden. Alle Stationen sind als kompakte Effizienzeinheiten konzipiert und konstruiert und werden steuerungstechnisch in das Gesamtkonzept einer Anlage eingebunden.

In Zukunft wird man bei Pfuderer im Bereich Entwicklung weiterhin einen mechatronischen Schwerpunkt setzen. Ulrich Traffa umreißt die Planungen: „Wir arbeiten an der Entwicklung mechatronischer Module der zweiten Generation. Wobei sich der Begriff „Zweite Generation“ auf die Art der Entwicklung bezieht. Wir sind dabei, mechatronisches Denken in den Entwicklungsprozess zu implementieren.“ Damit ist eine gewerkeübergreifende Betrachtung gemeint. Alle Gewerke in die Modularisierung einzubeziehen, ist demnach ebenso sinnvoll wie realisierbar. Engineering-Leistungen und Komponenten der Mechanik, Fluidik, Elektrotechnik und Software würden dabei einer Funktion zugeordnet. Mit diesem funktionalen Engineering wird weiteres Potenzial der automatisierten Produktion genutzt: Im Bereich der integrierten mechatronischen Module sind derzeit 30 Prozent Marktstandard. Pfuderer erreicht bereits heute 35 Prozent und strebt bis Ende 2011 für seine mechanischen Grund-, Montage- und Prozessmodule eine mechatronische Weiterentwickelung um einen bisher nicht vorhandenen Standardisierungsgrad von 50 Prozent im Montagemaschinenbau an. Das gesamte Vorgehen dieser Unternehmensentwicklung folgt dem Ziel, mit dem Baukasten aus Modulen die Zahl individueller Werkstückapplikationen auf ein Minimum zu reduzieren. Aktuell wird eine mechatronische Schraubstation auf die Marktreife vorbereitet.

Mechatronisches Nietmodul

Pfuderer Maschinenbau, Ludwigsburg, Tel. 07144 8476 0, Fax 8476 10, http://www.pfuderer.de

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