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Servomotoren

Rohre gratarm ohne Späne blitzschnell auf Länge schneiden

| Autor/ Redakteur: Ibrahim Albach / Ute Drescher

Rohrschneidesysteme müssen heute nicht nur sauber schneiden, sondern auch unterschiedliche Querschnitte oder Werkstoffe bearbeiten können. Servoantriebe und Motion-Control-Lösungen sorgen für die nötige Flexibilität.

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Ein Zusammenspiel von hoher Präzision und kurvengesteuerter Synchronisation beider Achsen müssen die Kollmorgen AKM Servomotoren gewähren.
Ein Zusammenspiel von hoher Präzision und kurvengesteuerter Synchronisation beider Achsen müssen die Kollmorgen AKM Servomotoren gewähren.
(Bild: Kollmorgen)

Nich nur dünnwandige Rohre exakt längen, sondern auch gratarme Schnittkanten ohne Späne erzeugen soll das Rohrschneidesystem Vario, das Spezialist FZH Maschinenbau entwickelt hat. Zu den Herausforderungen dabei gehörte es, den Schneidkopf so zu automatisieren, dass die späteren Maschinenbetreiber die Anlage für unterschiedliche Rohrquerschnitte, Wandungsdicken und Werkstoffe einsetzen können.

Für das Engineering der komplexen Abläufe arbeitet der Maschinenbauer aus der Eifel in einer gewachsenen Partnerschaft eng mit der Quality Automation GmbH (QA) zusammen. Der Systempartner von Kollmorgen aus Stolberg in der Region Aachen sollte in diesem Projekt die komplette Automatisierung der Anlage konzipieren und realisieren.

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Verbund aus zwei Servoantrieben

Umgesetzt hat QA die Aktorik des Schneidkopfes mit einem Verbund aus zwei Servoantrieben. Die so genannte Hebelträgerscheibe bringt drei kreisrunde Schneidmesser auf eine definierte Rotationsgeschwindigkeit entlang des Außenumfangs des zu schneidenden Rohres. Die Kurvenscheibenachse gewährleistet dann das Eintauchen der drei Messer in das Material mit einer exakt festgelegten Profilführung. Koordiniert und geregelt wird dieser Verbund vom AKD PDMM von Kollmorgen.

Das Gerät bietet eine frei programmierbare Motion-Control-Steuerung kombiniert mit einem Servoverstärker. Der AKD PDMM treibt die Hebelträgerscheibe an und steuert ferner per Ethercat-Kommunikation einen weiteren Kollmorgen-Servoregler vom Typ AKD. In Richtung Anlagensteuerung kommuniziert der AKD PDMM wiederum über Profinet mit der Siemens-Steuerung als Profinet-Master.

Bewegung einfach programmieren

Sämtliche Bewegungsabläufe und die Synchronisierung der zwei Antriebe hat QA mit Hilfe der Kollmorgen Automation Suite (KAS) realisiert. Die Entwicklungsplattform ist in den AKD PDMM integriert. Der Servoverstärker verfügt damit über eine hochperformante SPS- und Motion-Control-Funktionalität. Zudem lassen sich die Abläufe über die grafische Programmierumgebung Pipe Network schnell und einfach programmieren. Zusätzlich stehen die fünf standardisierten Sprachen der IEC 61131-3 für die Ablaufsteuerung sowie PLC-Open-Motion-Control-Funktionsbausteine zur Bewegungssteuerung zur Verfügung.

Seminartipp

Die Grundkenntnisse, wie sich Servoantriebe optimal parametrieren lassen und wie die Steuerungs- und Regelfunktionen bei Motion Controllern beherrscht werden, lernen Teilnehmer im Grundlagenseminar Servoantriebe.

Die Arbeit mit Pipe Network gehört zu den Highlights innerhalb der Kollmorgen Automation Suite. Es bildet die Maschinenarchitektur inklusive der Abhängigkeiten zwischen den Achsen einer Anwendung in sehr kurzer Zeit übersichtlich und genau ab und versetzt FZH so in die Lage, die komplexen Zusammenhänge des Schneidprozesses zu entflechten und modular darzustellen. So ist jede Teilbewegung in sich einzeln und unabhängig von den anderen einstellbar. Diese Modularität im Engineering macht es einfach, für jedes Rohr mit seinen unterschiedlichen Materialien, Wandstärken und Durchmessern den Schneidprozess optimal zu gestalten. Beim Schneiden laufen die Hebelträger- und Kurvenscheiben synchron zueinander und das Messer kreist dabei um das Rohr. Durch eine überlagerte Bewegung der Kurvenscheibe (wahlweise realisiert als Fahrsatz oder elektronische Kurven) tauchen die Messer in das Material ein und schneiden das Rohr.

Bei harten Materialien – an erster Stelle ist hier Edelstahl zu nennen – greift bei der Bewegungsführung des Eintauchens eine skalierte elektronische Kurvenscheibe. Sie sorgt dafür, dass die Messer zunächst schneller in den Werkstoff eintauchen. Dann reduziert sich das Tempo immer weiter – und dieses abhängig von der Restwandstärke. Diese Präzision in der Motion Control schafft die Grundlage, auch Rohre aus Duplexstählen spanlos und extrem gratarm zu trennen.

Diese Arbeitsweise führt beim Schneidkopf zu einer kurvengesteuerten Vorschub- und Öffnungsbewegung der Schneidräder. Zunächst werden die Schneidmesser im Eilgang an das Rohr gefahren – um danach im langsameren Schnittgang bis zum Erreichen der Endposition das Rohr zu trennen. Die Rückfahrt in die Ausgangsposition erfolgt dann – mit Blick auf die Produktivität – ebenfalls im Eilgang.

Grundform definiert, aber anpassbar

Der Prozess ist in seiner Grundform fest definiert, in den Feinheiten aber universell anpassbar. FZH und QA haben damit in Summe eine Lösung entwickelt, mit der sich alle gängigen Werkstoffe schneiden lassen. Das Rohrschneidsystem Vario verarbeitet Durchmesser von 4 mm bis 120 mm mit Wandstärken zwischen 0,1 mm und 2,5 mm (Edelstahl 1,5 mm). Dank der Flexibilität der Motion Control lässt sich der Schneidkopf quasi per Knopfdruck auf neue Rohrquerschnitte oder variierende Materialien anpassen. (ud)

SPS 2019: Halle 3, Stand 250

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* Ibrahim Albach ist Key Account Manager bei der Kollmorgen Europe GmbH.

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