Co najmniej 60 milionów skoków

brushless-motor-compact-automation-stiwa-header

„Kompaktowa automatyka" to system mechatroniczny, który autonomicznie wykonuje całą serię kolejnych etapów produkcji. „Kompaktowa" odnosi się do niewielkich wymiarów, w zakresie milimetrów i centymetrów, przetwarzanych produktów. Projektowanie i konstruowanie takich systemów jest jedną z podstawowych działalności austriackiego producenta maszyn STIWA. Jego modułowy system LTM-CI został zoptymalizowany pod kątem montażu małych części. Liniowe i obrotowe silniki miniaturowe FAULHABER wykonują kluczowe zadania w tych systemach.

Zawór składa się z zaledwie kilku komponentów i ma zaledwie osiem milimetrów długości. Jest on częścią układu przeciwblokującego dużego dostawcy motoryzacyjnego i każdego roku zamawia on miliony sztuk. Produkcja musi przebiegać z czasem taktu wynoszącym pół sekundy, aby poradzić sobie z tym wolumenem. Oczywiście dzieje się to w pełni automatycznie i z taką prędkością, że ludzkie oko ledwo nadąża za poszczególnymi etapami montażu.

Małe części w wąskiej alpejskiej dolinie

Poszczególne części są najpierw podawane z pojemników magazynowych, oddzielane za pomocą wytrząsarki i prawidłowo umieszczane na przenośniku gotowym do pierwszego etapu produkcji. Komponenty są następnie transportowane do odpowiedniej stacji, gdzie delikatne chwytaki podnoszą je i łączą ze sobą lub przetwarzają w inny sposób. Obserwując pracę maszyny, można być świadkiem fascynującej choreografii, która łączy płynny transport przenośników taśmowych z szybkimi, gwałtownymi ruchami chwytaków w skomplikowany, rytmiczny taniec.

Maszyna, która wykonuje te złożone ruchy w precyzyjnej synchronizacji, to kompaktowa automatyka z serii LTM-CI firmy STIWA. Została zaprojektowana dla produktów o przekątnej przestrzennej do 30 milimetrów – i sama w sobie jest wynikiem drastycznej miniaturyzacji, jak wyjaśnia Roland Schiermayr, kierownik działu badań i rozwoju automatyzacji: – Klient w zachodniej Austrii produkuje amortyzatory dla znanego sprzedawcy mebli, który potrzebuje milionów takich części każdego roku. Firma chciała kupić nową maszynę produkcyjną. Istniejąca maszyna miała 10 metrów długości – do produkcji małych komponentów o długości zaledwie kilku centymetrów było to po prostu za dużo dla zakładu produkcyjnego w wąskiej alpejskiej dolinie. Był to dla nas impuls do pełnego wykorzystania wszystkich możliwości miniaturyzacji.

Rezultatem fazy rozwojowej była wspomniana wyżej kompaktowa maszyna, a dokładniej platforma automatyki, która w zależności od konfiguracji i zamontowanego wyposażenia zajmuje od 3 do 4 metrów.

Podstawę stanowi sztywno połączony system transportowy, a pozostałe elementy systemu zależą od potrzeb i specyfikacji klienta. – Możemy zintegrować do 22 modułów funkcyjnych, każdy o szerokości 90 milimetrów, dla różnych etapów pracy – wyjaśnia Christian Mersnik, który był zaangażowany w rozwój od pierwszego dnia. 

Funkcje te obejmują na przykład chwytanie i umieszczanie, spawanie laserowe z maksymalnie pięcioma stopniami swobody, wkładanie śrub, operacje wciskania, etykietowanie, a także procesy testowania i pomiarów.

Jedyna taka gęstość mocy na całym świecie

Kompaktowa automatyka została dobrze przyjęta przez klientów. Doceniają oni między innymi równomierne, płynne ruchy bez uderzeń i wibracji, co gwarantuje stabilny proces; jeden ze stałych klientów twierdzi, że system działa „jak maszyna do szycia". Dzięki LTM-CI czas cyklu został skrócony do prawie pół sekundy, co zapewnia znaczny wzrost produktywności.

Napędy stosowane w siłownikach wewnątrz maszyny w znacznym stopniu przyczyniają się do płynnego ruchu, a także dużej prędkości. We wcześniejszych generacjach stosowano silniki elektryczne o zupełnie innej klasie wielkości; w przypadku kompaktowej automatyki konstruktorzy odkryli produkty FAULHABER.

W LTM-CI kluczową rolę odgrywa teraz silnik liniowy LM 1247. Wykonuje swoje zadanie w maksymalnie dwudziestu punktach systemu, w tym w ogranicznikach – suwakach przerywających przepływ materiału – i chwytakach. Szczególną zaletą silników liniowych FAULHABER jest ich niezwykle wysoka prędkość.

Napęd ten zapewnia również ogromną siłę ciągu: przy zaledwie 12,5 mm szerokości i 19,1 mm wysokości, wytwarza siłę ciągłą 3,6 niutona. – Gdy działa z pełną mocą, może osiągnąć nawet 10,7 niutona – wskazuje Roland Schiermayr. – Na światowym rynku nie ma drugiego małego silnika liniowego o takiej gęstości mocy.

Trwałość stanowi największą różnicę

Inżynierowie STIWA nie szczędzą pochwał bezszczotkowemu silnikowi serii BX4 2250. W portalowej obsłudze kompaktowej automatyki silnik ten napędza jednostki obrotowe, które przesuwają narzędzia lub komponenty do określonej pozycji. Jak wyjaśnia Christian Mersnik, przy wyborze odpowiedniego napędu, oprócz typowych zalet silników FAULHABER, ważnym czynnikiem była również dostępność części akcesoriów: – W tym punkcie systemu wymagamy niezwykle wysokiego poziomu precyzji i powtarzalności.

Dlatego też ważnym argumentem było dla nas to, że FAULHABER był w stanie dostarczyć ten silnik z pasującym wieloobrotowym enkoderem absolutnym. Sygnały z tego enkodera są niezbędne do osiągnięcia wysokiej jakości produkcji i zapewnienia jakości.

Jednak dla STIWA to trwałość i długoterminowa niezawodność wszystkich komponentów stanowią prawdziwą różnicę. Wynika to z faktu, że firma gwarantuje swoim klientom kompaktowej automatyki bezawaryjne działanie przez co najmniej 60 milionów skoków. Ta ogromna liczba musi być zatem osiągnięta również przez wszystkie ruchome części – w tym oczywiście silniki. – Testom wytrzymałościowym poddajemy zarówno nasze własne części, jak i dodatkowo zakupione komponenty – wyjaśnia Roland Schiermayr. – W tych testach staramy się zniszczyć części poprzez zużycie i niekorzystne warunki.

Tylko te części, które przetrwają testy wytrzymałościowe, są instalowane w maszynach. Silniki  FAULHABER pokazały, że są w stanie sprostać tak ekstremalnym wymaganiom. Pomagają nam osiągnąć nasze własne wartości szczytowe przy minimalnych wymaganiach przestrzennych i najkrótszych czasach cyklu.

(gz)