Verbesserung der Präzision bei gleichzeitiger Senkung von Größe, Gewicht und Kosten

Die Herausforderung

Maschinenhersteller vergrößern ihren Marktanteil, indem sie immer wieder neue Herausforderungen angehen und diese überwinden. Ein großer Hersteller von fortschrittlichen Laserschneidemaschinen ging in den frühen 1980er-Jahren eine Partnerschaft mit Kollmorgen ein, da ihm schon damals bewusst war, wie wichtig eine präzise Steuerung für die Erfüllung der einzigartigen und vielfältigen Anforderungen seines Kundenstamms ist. Seitdem hat das Unternehmen den auf Zusammenarbeit ausgelegten Ansatz von Kollmorgen zur Entwicklung innovativer Antriebe und Motoren für die anspruchsvollsten Anwendungen genutzt. Ein Beispiel für diesen Innovationsgeist: Das Unternehmen benötigte zur Erfüllung des von einem Kunden geforderten extrem hohen Durchsatzes eine kompakte Maschine mit extrem hoher Geschwindigkeit – im Grunde zwei Laserschneidemaschinen in einer. Das Erreichen des geforderten Produktionsdurchsatzes in einer kompakten Maschine war die erste Herausforderung. Die zweite Herausforderung war die Entwicklung einer zweiten Version der gleichen Maschine mit annähernd gleicher Leistung bei deutlich geringeren Kosten für den breiteren Markt.

Lösung

Der ursprüngliche Maschinenentwurf hätte zum Erreichen der Geschwindigkeits- und Präzisionsvorgaben eisenlose Linearmotoren benötigt. Nach der Ausarbeitung des verfügbaren Platzes für die Motoren stellte das Ingenieursteam jedoch fest, dass die passenden Motoren nicht die erforderliche Leistung für die Anwendung liefern könnten. Kollmorgen entwickelte eine kundenspezifische Wicklung mit einem speziellen, hochdichten Magnetmaterial zum Erreichen der nötigen Leistung, ohne dass der Platzbedarf für die Motoren angepasst werden musste.

Aufbauend auf dieser Errungenschaft beauftragte der Maschinenhersteller Kollmorgen mit der Zusammenarbeit in weiteren Innovationen, die für die Maschine neue Märkte öffnen und ihren Markterfolg verdoppeln würden. Kollmorgen wirkte bei der Entwicklung einer günstigeren Version mit Motoren mit eisenhaltigem Kern anstelle der eisenlosen Motoren des ursprünglichen Designs mit. Bei einem hochpräzisen Laserschneider mit Eisenkernmotoren ergibt sich die Schwierigkeit, dass die Anziehungskraft zwischen dem Magnet und der Spule einen Rasteffekt erzeugt, der die Positionsgenauigkeit beeinträchtigt.

Zur Aufrechterhaltung der Schneidequalität beim Einsatz von Motoren mit Eisenkern entwickelte Kollmorgen einen in den Antrieb der AKD-Serie integrierten Anti-Cogging-Algorithmus. Der Algorithmus verringert Rastmomente um bis zu 90 %. Die Entsendung eines Entwicklungsingenieurs von Kollmorgen an den Herstellerstandort war entscheidend für den Erfolg des Projekts. Dieser Experte für Steuerungstechnik wies das Ingenieursteam in die zum Erreichen der Ziele erforderlichen Motor- und Antriebsspezifikationen ein, wirkte beim schnellen Entwurf der Komponenten mit, übernahm die Feinabstimmung der Maschine und trug dazu bei, dass die neue Maschinenversion planmäßig fertiggestellt wurde.

Ergebnisse

Mit den günstigeren Motoren mit eisenhaltigem Kern und der Anti-Rastmoment-Lösung von Kollmorgen wurde diese Version der Laserschneidemaschine binnen kurzer Zeit zum Verkaufsschlager des Unternehmens. Dies ist nur ein Beispiel dafür, wie Kollmorgen diesem Partner im Laufe vieler Jahrzehnte bei der Verbesserung seiner Maschinenmerkmale, Leistung und Marktposition in der Laserschneidebranche geholfen hat. Zu den weiteren Beispielen gehören:

• Fertigung von Düsentriebwerken mit mehreren Hunderttausend lasergeschnittenen Effusionskühllöchern zur grundlegenden Veränderung der Kraftstoffeffizienz.
• Umstellung auf eine Echtzeit-EtherCAT-Bus-Architektur.
• Entwicklung eines Algorithmus für den Gantry-Modus zur Vereinfachung der Feinabstimmung der Bewegung der Gantry-Antriebe, die sich synchron bewegen müssen.
• Bereitstellung von Feinabstimmungs- und Filterfunktionen, die die Bandbreite des Geschwindigkeitsregelkreises im Vergleich zu den eigenen Steuerungen des Partners verdoppeln, was zu größerer Stabilität und höherem Durchsatz der Maschine führt.
• Ermöglichung einer Auflösung von 0,0005° im intelligenten SFD-Feedbacksystem des Motors, der günstigsten Feedbacklösung von Kollmorgen, die in den kosteneffizienten und flexiblen für Prototypen und Produktionszwecke eingesetzten Laserschneidemaschinen des Unternehmens eingesetzt werden.

Zur Verbesserung des Maschinendesigns und zur Verkürzung der Markteinführungszeit stellt Kollmorgen dem Unternehmen weiterhin sein Fachwissen, seine Werkzeuge und seine Hilfe zur Verfügung. Während Kunden das Unternehmen weiterhin vor unerwartete und schwierige Herausforderungen stellen, hilft Kollmorgen bei der Modifizierung und Feinabstimmung von Maschinen, damit diese auch mit neuen Prozessen und Materialien optimale Performance liefern. Mittlerweile lotet Kollmorgen mit seinem Partner die Möglichkeiten dafür aus, wie mit dem 2G Motion System der nächsten Generation ein höheres Drehmoment und eine größere Leistungsdichte in einer kompakteren Maschine erzielt werden können.

„Wir bewundern die über viele Jahrzehnte unter Beweis gestellte Anpassungsfähigkeit unseres Partners, mit der er Kunden aus den Branchen Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie, Medizintechnik, Elektronik und vielen anderen bei der Erschließung neuer Möglichkeiten unterstützt hat. Wir freuen uns, dass wir daran mitwirken konnten, indem wir die Motion Performance liefern, die für jede Anwendungen erforderlich ist.” - Josh Bellefeuille, Leiter für Motorprodukte, Kollmorgen