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Elektrozylinder Elektrozylinder dosiert Kraft von Schweißzangen genau

| Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein

Mit dem CMSB-Elektrozylinder bietet SEW-Eurodrive eine Alternative zu Pneumatiklösungen, die Schweißzangen zuverlässig öffnet und schließt.

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Der CMSB-Elektro- zylinder von SEW-Eurodrive sorgt für exaktes Punktschweißen ohne Funkenflug.
Der CMSB-Elektro- zylinder von SEW-Eurodrive sorgt für exaktes Punktschweißen ohne Funkenflug.
(Bild: SEW-Eurodrive)

Ein heller Funkenregen ist beim Punktschweißen ohne Frage als Fotomotiv interessant, allerdings auch ein Zeichen eines nicht optimal eingestellten Prozesses mit Stromabrissen. Die Schweißqualität verzeiht aber bei komplexen metallurgischen Eigenschaften hochfester Stähle keine Abweichungen von der Ideallinie. Schweißzangenhersteller verabschieden sich daher zunehmend von der Pneumatik. Die Gründe: bessere Energieeffizienz sowie vor allem exaktere Regeleigenschaften von Fahrprofilen und Drehmomentverläufen. Hier liegen auch die Vorteile der servomotorisch angetriebenen Elektrozylinder von SEW-Eurodrive.

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Schweißzangen-Anwendung – alles andere als trivial

Der Zyklus einer Schweißzange erscheint auf den ersten Blick trivial: Zange öffnen, zwei Bleche dazwischen positionieren, Zange schließen, Strom geben, Schweißen, Zange öffnen – fertig. Was einfach klingt, erfordert für die Realisierung eine hochkomplexe Motion Control. Die Zangen öffnen und schließen nämlich nicht mit gleichmäßigem Tempo. In der Anfangsphase nähern sich die Enden der beiden Elektroden zeitsparend mit voller Geschwindigkeit dem Blechwerkstück bis zu einer Distanz um die 20 mm. Die lastfreie Positionierung verringert dann die Geschwindigkeit bis zum Auftreffen der Kupferelek­troden auf die Werkstückoberfläche – und baut in Folge ein festgelegtes Drehmoment zum Fixieren der Werkstücke auf. Während des Schweißens hat der SEW-Elektrozylinder die Aufgabe, die beiden Kupferelektroden der Schweißzange drehmomentgeführt weiter in das Material zu fahren.

Auf den perfekten Schweißpunkt kommt es an

Diese Präzision ist entscheidend für die Schweißqualität sowie die Standzeit der Werkzeuge. Zur Erklärung: Beginnt das Schweißen, nimmt der Stahl die Konsistenz eines Teiges an – und weicht dem Druck der beiden Elektroden entsprechend aus. Würde die Zange jetzt in ihrer Position verharren, kommt es zum berüchtigten Funkenflug, da die Elektroden als Folge des zurückweichenden Materials den Kontakt verlieren. Wie gut letztlich geschweißt wird, lässt sich anhand der Schweißlinse erkennen. „Je kleiner ihr Durchmesser, je besser – deshalb muss die Zange nachgeführt werden“, erklärt Dr. Petr Osipov, Systemingenieur bei SEW-Eurodrive. Für den perfekten Schweißpunkt ist nämlich weiter Druck auf das Blech aufzubauen. Dr. Osipov weiter: „Bei diesem Nachführen sprechen wir bei uns von Toleranzen im Bereich ±150 N – unabhängig davon, wie schwer die Schweißzange ist oder welchem kon­struktiven Prinzip sie folgt.“ C-Zangen sind bei einfachen Kon­struktionen im Einsatz, X-Zangen bei notwendigen Schweißpunkte an schwer zugänglichen Orten. Beide Zangenformen lassen sich mit den servomotorisch angetriebenen Lineareinheiten von SEW-Eurodrive ausrüsten.

Zudem lassen sich die Elektrozylinder konstruktiv an die Applikation und die Besonderheiten der Schweißzange anzupassen. Wesentlich sind Hublängen, Schweißkraft, verfügbarer Bauraum, Geschwindigkeitsanforderungen sowie die Integration in ein bestehendes Steuerungssystem.

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Elektrozylinder auf Schweißzangen abgestimmt

Auch die inneren Werte der CMSB-Elektrozylinder hat SEW-Eurodrive auf die Einsatzbedingungen in Schweißzangen abgestimmt. Für die Umwandlung der Motordrehung in eine lineare Bewegung setzt das Unternehmen bei der CMSB-Baureihe auf eine patentierte Konstruktion mit Kugelumlaufspindel, die in einem geschlossenen Ölbad läuft. Dieser Aufbau macht Fettnachschmierungen während der Lebensdauer nicht mehr notwendig. Die gekapselte Ölbad-Schmierung gewährleistet den leichten Lauf auch bei staubigen wie feuchten Umgebungsbedingungen – und dies über die komplette Lebensdauer hinweg. Zeitaufwändige Wartungen entfallen.

Für die Umwandlung der Motordrehung in eine 
lineare Bewegung setzt 
das Unternehmen bei der CMSB-Baureihe auf eine patentierte Konstruktion mit Kugelumlaufspindel, 
die in einem geschlossenen Ölbad läuft.
Für die Umwandlung der Motordrehung in eine 
lineare Bewegung setzt 
das Unternehmen bei der CMSB-Baureihe auf eine patentierte Konstruktion mit Kugelumlaufspindel, 
die in einem geschlossenen Ölbad läuft.
(Bild: SEW-Eurodrive)

Im Vergleich zu herkömmlichen Planetenrollengewindetrieben mit Fettschmierung steigert sich der Wirkungsgrad der Linear­achsen um mehr als 10 %. SEW-Eurodrive gibt die Energie­effizienz mit 92 % an. Noch gravierender fällt der Vergleich zu Pneumatikzylindern aus: Hier liegt die Effizienz aufgrund der hohen thermischen Verluste der Drucklufterzeugung gerade einmal bei 7 % bis 10 %.

Spezielle Schmierung verhindert Slip-Stick-Effekt

Funktional betrachtet, verhindert die spezielle Schmierung den gefürchteten Slip-Stick-Effekt. Da keine selbsterregten Reibschwingungen auftreten, verbessert sich das Antriebs­verhalten beim Start mit idealen Regelungseigenschaften von Anfang an. Folglich führt dieses Verhalten zu der präzisen Kraftgenauigkeit ohne zusätzlichen Kraftsensor – und damit zu Schweißpunkten mit wiederkehrend hoher Qualität.

Antriebslösung mit standardisierten und variablen Schnittstellen

Integriert sind die CMSB-Elektrozylinder in der Anwendung üblicherweise als siebte Achse in der Robotersteuerung. Der Schweißprozess mit seiner Stromregelung läuft wiederum in einer gesonderten Steuerung. Der zweite Weg integriert die Robotersteuerung mit der Koordinierung der Zange und dem Schweißprozess als Kompletteinheit. Die Antriebslösung von SEW-Eurodrive ist aufgrund der standardisierten und variablen Schnittstellen in beiden Architekturen zu Hause. Darüber hinaus lassen sich die Einheiten auch in bestehende pneumatische Zylinder einbinden.

Der robuste Aufbau und vor allem die Langlebigkeit der Kugelumlaufspindel in ihrem wirksamen Ölbad liefern die Grundlage dafür, dass die CMSB-Elektrozylinder wartungsfrei mehr als 20 Millionen Doppel-Hubbewegungen abliefern.

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