Getriebemotor Lean-Getriebemotoren ersetzen Servoantriebe in Entpulverungsanlage

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Um Bauteile nach dem 3D-Druck zu entpulvern, entwickelt Solukon Depowdering-Anlagen. Für das kompakte Zwei-Achs-Schwenksystem der neuen SFM-AT350-Anlage setzt der Maschinenbauer Lean-Kegelrad- und Lean-Planetengetriebemotoren von Stöber ein.

„Die Innenräume von im Strahlschmelz-Verfahren gedruckten Metallteilen sind nach dem Druckprozess voll mit Pulver“, erklärt Andreas Hartmann, der 2015 zusammen mit Dominik Schmid Solukon gegründet hat. Für alle nachfolgenden Bearbeitungsschritte und für die spätere Verwendung müssen die Werkstücke davon befreit werden. Vor Einführung der Solukon-Anlagen geschah dies manuell durch Schütteln, Klopfen oder Aussaugen. Bei komplex geformten Bauteilen ist das schwieriger – besonders wenn sich im Inneren der Bauteile ein Labyrinth an Kanälen befindet. „Gerade bei komplexen Bauteilen muss das Entpulvern automatisiert ablaufen“, sagt Hartmann.

Das inhabergeführte Unternehmen ist international tätig und entwickelt, montiert und vertreibt smarte und hoch automatisierte Anlagen und zugehörige Peripheriegeräte für das Postprocessing der additiven Fertigung. „Unsere Lösungen erfüllen höchste Funktionalitäts- und Sicherheitsstandards und sind für die effiziente und zuverlässige Entfernung von schwer zu handhabenden und reaktiven Materialien wie Titan und Aluminium zugelassen“, beschreibt Hartmann. Die dem 3D-Druck nachgelagerten Prozesse, wie etwa die Entpulverung müssen zunehmend standardisiert ablaufen. Dazu gilt es, immer höhere Stückzahlen bewältigen zu können.

Gezielte Schwingungsanregung macht Pulver fließfähig

Alle Entpulverungsanlagen basieren auf der Solukon-Smart-Powder-Recuperation-Technologie, kurz SPR: Durch automatisiertes Schwenken um zwei Achsen sowie gezielte Schwingungsanregung – sprich Vibration – wird das Pulver fließfähig. Damit läuft es selbst aus sehr feinen Kanälen sicher und kontrolliert ab – und dem Prozess wieder zu. Die SFM-AT350 gehört zu den neuesten Entwicklungen bei den Depowdering-Systemen. Solukon hat sie im Herbst 2021 auf den Markt gebracht. „In die Entwicklung konnten wir sowohl unsere eigene langjährige Erfahrung als auch das Feedback unserer Kunden aus Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik und Automotive einfließen lassen“, sagt Hartmann.

Die Anlage eignet sich für bis zu 60 kg schwere und bis zu 420 mm hohe Bauteile. Weil der Drehteller des Systems endlos rotieren und sich die horizontale Achse gleichzeitig um bis zu 250° bewegen kann, lassen sich auch komplexe Rotationsmuster einfach programmieren. Der Anwender profitiert von einer Zeitersparnis von bis zu 90 Prozent im Vergleich zu manuellen Reinigungsverfahren.

Kompakte Getriebemotoren für kompakte Maschinen

„Die SFM-AT350 zeichnet sich durch ein besonders geringes Kammervolumen und einen kompakten Aufbau aus. Das war uns ein großes Anliegen, um die Inertisierungszeit und benötigte Menge an Inertgas möglichst gering zu halten. Um einen kompakten Aufbau zu erreichen, benötigten wir bei der Entwicklung besonders platzsparende Antriebslösungen, sowohl für die Endlosrotation des Drehtellers, auf dem das Bauteil befestigt ist, als auch für den horizontal beweglichen Schwenkarm“, erklärt Hartmann. Auf der Formnext 2019, der führenden Branchenplattform für additive Fertigung und industriellen 3D-Druck in Frankfurt am Main, lernte Andreas Hartmann Udo Cyrol kennen, den Leiter des Stöber-Vertriebscenters Süd-Ost.

„Bisher kamen in den Entpulverungsanlagen Servoantriebe zum Einsatz. Um nun noch kompakter bauen zu können, ohne an Leistung zu verlieren, empfahlen wir unseren sensorlosen Lean-Getriebemotor“, berichtet Cyrol. Die Vorteile: Ein hochpräzises Planetengetriebe sowie ein Kegelradgetriebe kombiniert mit einem energieeffizienten, encoderlosen und robusten Lean-Motor – besonders effizient für passgenaue, kompakte Maschinenkonzepte.

Die Argumente überzeugten den Maschinenbauer aus Augsburg. Dazu kommt: Mit Wirkungsgraden bis zu 96 Prozent erreichen die Motoren die Effizienzklasse IE5. Damit ist Solukon schon jetzt auf einem Technologiestand, der erst in einigen Jahren gefordert sein wird.

Antriebstechnik komplett ohne Encoder

Mit dem Stöber-Lean-Getriebemotor lassen sich Drehzahl und Drehmoment stufenlos vom Stillstand bis zur Maximaldrehzahl bei voller Drehmomentkontrolle regeln – dabei arbeitet er komplett ohne Sensorelemente. „Damit ist auch nur ein einfach geschirmtes Standard-Leistungskabel erforderlich“, beschreibt Cyrol. Das reduziert den Aufwand für die Installation deutlich. Lean-Getriebemotoren eignen sich so für Automatisierungsaufgaben, die Schwingungen und Vibrationen beinhalten – wie bei der Depowdering-Anlage von Solukon.

Zur großen Robustheit trägt das encoderlose Konzept des Lean-Motors bei. Trotz Verzicht auf einen Encoder im Motor liegt die Drehzahlabweichung bei weniger als einem Prozent, die Positioniergenauigkeit bei ±1. „Da der Encoder entfällt, eignet sich die Lean-Getriebmotorenbaureihe insbesondere für dynamische Automatisierungsaufgaben“, sagt Cyrol.

Effizienter Doppelachsregler steuert Getriebemotoren

Ansteuern lassen sich die Lean-Getriebemotoren bei Solukon mit dem SC6, einem 45 mm breiten Antriebsregler mit integrierter Leistungsversorgung. Bei dem Maschinenbauer ist dieser als Doppelachsregler mit einem Ausgangsnennstrom bis 2 × 19 Ampere im Einsatz. Das kompakte Stand-Alone-Gerät eignet sich für antriebsbasierte Anwendungen mit bis zu vier Achsen.

Für die funktionale Sicherheit entwickelte Stöber das für die Antriebsregler optional erhältliche Sicherheitsmodul SU6. Damit steht Solukon eine wirtschaftliche Lösung für die Sicherheitsfunktionen STO und SS1 über das Sicherheitsprotokoll Profisafe zur Verfügung. Der SC6 ist damit prädestiniert für den Einsatz in sicherheitstechnisch anspruchsvollen Systemen bis SIL 3, PL e, Kategorie 4. Der Konstrukteur kann etwa einen Not-Halt nach EN 13850 umsetzen – oder einen unerwarteten Anlauf nach EN 14118 vermeiden. Die Funktionalität der Kommunikationsschnittstelle des Reglers ist zudem Profinet-zertifiziert. „Der hochdynamische Antriebsregler arbeitet auch bei anspruchsvollen Bewegungen unbemerkt und zuverlässig im Hintergrund“, erläutert Cyrol.

Andreas Hartmann ist zufrieden: „Bei der Entwicklung des 2-Achs-Schwenksystems hat uns Stöber hervorragend unterstützt. Mit den verbauten Komponenten gelang uns ein äußerst kompakter Aufbau mit starker Leistung. Mit den spielarmen Getriebemotoren konnten wir zudem sowohl das Abfahren der Bahnen verbessern als auch bei den Kippbewegungen bessere Übergänge schaffen. Die SFM-AT350 ist damit ein hochfunktionales Arbeitspferd.“

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