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Fast wie gefühlt

Leistungselektronik ermöglicht automatisierte Umspulstation für feine Wickelgüter
Fast wie gefühlt

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Beim Wickeln hauchdünner Drähte ist Vorsicht geboten. Ruckartige Bewegungen und Stopps sind zu vermeiden, gleichmäßige Bewegung mit konstanter Kraft ist erwünscht. Erst moderne Leistungselektronik macht automatisiertes Umspulen überhaupt möglich. Die Emder Supertek GmbH hat mit ihrem elektromagnetischen Tänzer und der eigenen Ansteuerung die Zugkraftregelung bestens im Griff – angetrieben von modernster Mikroschritttechnologie des hier vorgestellten Unternehmens.

Wickeln mit konstanter Zugkraft ist wichtig für die Produktqualität. Auf keinen Fall darf das Wickelgut sich im Prozess längen, da dies den Querschnitt verändert und so die Produktqualität mindert. Dies gilt für alle Güter, Drähte oder auch Glasfasern wie Lichtwellenleiter. Hierfür hat Gerd Janssen, Gründer und Geschäftsführer von Supertek, eine Zugkraftregelung mit elektromagnetischem Tänzer entwickelt. Das Ergebnis ist ein modulares System aus Ab- und Aufwickelstation mit eigenen Mikrocontrollern und einer einstellbaren Zugkraft von 0 bis 1 200 cN. Präziser Gleichlauf und genaue Drehzahlregelung wird durch den Einsatz moderner Mikroschrittantriebe ermöglicht.

Bei der Zugkraftregelung muss die richtige Einstellung gefunden werden, bei der auch kleine Änderungen Wirkung zeigen und die feinen Drähte nicht zerstören. Anders als bei Bahnmaterial lässt sich bei Drähten das Eigengewicht nicht zur Einwirkung nutzen. Das Konzept von Supertek sieht einen vollständig modularen Aufbau vor. Jede Station funktioniert für sich allein, untereinander sind sie über Bus-Verbindungen vernetzt. Da auch die Regelungen separat sind, ist die große Herausforderung, eine Lösung zu finden, die wirtschaftlich bleibt. Gelingt dies, hat die Anlage den immensen Vorteil, dass sie ohne weiteren Engineering-Aufwand erweiterbar ist. Die Einzelkomponente mit dem passenden Antrieb zu liefern, ist hier der Ansatz von Supertek.
Der passende Antrieb
Die präzise Linearbewegung der Verlegung an der Aufwickelsta- tion wird mit dem motorisierten Linearschlitten EZS gelöst. Dessen Kugelumlaufspindel liefert die benötigte Genauigkeit, der integrierte Mikroschrittantrieb „Alpha Step“ die Dynamik. EZS verfährt mit bis zu 800 mm/s. Ein kompaktes Gehäuse spart Platz und Montageaufwand, da die Gesamtlänge der Führung nur 20 cm über dem umgesetzen Hub liegt. Dieser ist zwischen 50 und 850 mm wählbar.
An der Aufwickelstation ist gleichmäßiger Lauf ohne Rastmomente besonders gefragt. Dieser wird durch die Smooth Drive-Funktion des Schrittmotorantriebs RBK sichergestellt. Die ausgereifte Schrittmotortechnologie hat den Supertek-Geschäftsführer überzeugt, die Antriebe als Standardlösung für seine Umspulmodule vorzusehen. Er verlässt sich dabei auf die Zuverlässigkeit und Qualität der Elektromotorspezialisten. Bei Oriental Motor sind die Motordaten keine idealisierten Angaben, sondern die Kennlinien entsprechen tatsächlichen Messungen inklusive einem kalkulierten Sicherheitsfaktor. Auch die Endkontrolle im Haus entspricht der Supertek-Philosophie, denn : Die Entwicklung neuer Produkte ist anspruchsvoll genug, auch ohne Unsicherheiten bei den Komponenten.
Direktantrieb bringt Wirtschaftlichkeit
Die Entwicklung der Zugkraftregelung mit elektromagnetischem Tänzer und eigenen Mikrocontrollersteuerungen war die logische Folge aus dem Fehlen einer solchen Lösung am Markt. Statt eine SPS auf Umwegen zu mehr Dynamik zu bringen und die ganze Lösung größer und aufwändiger zu machen, geht Supertek den kürzeren Weg über den Direktantrieb. Das Ergebnis ist eine Kombination aus Mechanik, Elektronik und Software, die schnelles und präzises Wickeln wirtschaftlich ermöglicht.
Tänzerlageregelung: Der Tänzer, der die mechanische Seite der Zugkraftregelung darstellt, ist beispielsweise an einer Abwickelstation befestigt. Er besteht aus zwei festen und einer beweglichen Rolle. Letztere wird mit Kraft nach unten beaufschlagt. Wenn der angetriebene Aufwickler sich schneller dreht als der Abwickler, geht der Tänzer nach oben, der Regler erhöht die Geschwindigkeit beim Abwickler und der Tänzer kommt wieder in die mittlere Ausgangsstellung. Die Kontrolle der Bahnspannung über Tänzerregelungen ist ein bewährtes Konzept, neu ist das elektromagnetische Funktionsprinzip. Im Ergebnis ist dieser Tänzer dann deutlich feiner als die häufig verwendeten pneumatisch betriebenen. Selbst bei Störungen im Drahtlauf hält er die eingestellte Zugkraft, ohne dass der Draht reißt.
Die Lösung hat sich auch bei großen internationalen Unternehmen bereits herumgesprochen, die sonst die kleine Innovationsschmiede aus Norddeutschland nicht zu ihren Lieferanten zählen würden. Mittlerweile ist die Um-spulstation mit ihren modularen Bestandteilen Abwickler und Aufwickler reif für die Serienproduktion – mit Mikroschrittantrieben des genannten Anbieters.
Halle 9, Stand 9316
Online-Info

Schrittmotortechnologie
Mikroschrittantriebe bieten bereits bei niedrigen Geschwindigkeiten Präzision und Gleichlauf. Smooth Drive ist eine proprietäre Funktion für Mikroschritttreiber bei Oriental Motor: Ohne dass der Anwender Änderungen an den Puls-Eingangsfrequenz-Einstellungen vornehmen müsste, verfährt der Motor dieselbe Distanz und Geschwindigkeit wie im Vollschrittmodus. Der Treiber unterteilt den Vollschritt automatisch in kleinere Schritte, um einen ruhigen Lauf besonders bei niedrigen Drehzahlen zu gewährleisten. Gleichzeitig korrigiert er die Form des Motorstroms. Smooth Drive hält außerdem die Betriebsgeräusche niedrig.
Die Linearantriebe der EZ-Serien werden vom Alpha-Step-Schrittmotor angetrieben. Alpha Step zeichnet sich durch kurze Ansprechzeiten aus, die schnelles Positionieren ermöglichen. Er verfügt über einen Mikroschritttreiber, der mit einer Winkelgenauigkeit von standardmäßig 0,05° positioniert. Dabei arbeitet der Motor auch bei niedrigen Geschwindigkeiten ausgesprochen vibrationsarm. Alpha Step ist so stabil, dass auch bei Stillstand kein Oszillieren auftritt, die bewegten Teile also nicht ungewollten Schwingungen unterworfen sind. Der Antrieb behält selbst bei abruptem Lastwechsel und Beschleunigung seine Synchronität bei. Drohen Schrittverluste und Verlust der Synchronität, greift automatisch der geschlossene Regelkreis (closed loop) ein und verhindert diese. Ein Sensor für die Rotorposition am Motor gibt rechtzeitig die Signale hierfür.
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