STIWA innoveert met compacte automatisering

Een compacte automatisering is een mechatronisch systeem dat een complete reeks achtereenvolgende productiestappen zelfstandig uitvoert. Bij “compact” gaat het hierbij om de producten die moeten worden verwerkt, met afmetingen van enkele centimeters of zelfs millimeters. Het ontwerpen en bouwen van dit soort systemen is één van de kernactiviteiten van de Oostenrijkse machinebouwer STIWA. Het bedrijf biedt een modulair systeem, LTM-CI, dat is geoptimaliseerd voor de montage van kleine onderdelen. Lineaire en roterende micromotoren van FAULHABER voeren in deze systemen essentiële taken uit.

Het onderdeel dat gemonteerd moet worden is een klep bestaande uit slechts enkele componenten en heeft een lengte van maar acht millimeter. Hij maakt deel uit van het ABS-remsysteem van een grote toeleverancier in de auto-industrie, en ieder jaar zijn er miljoenen van nodig. Om deze volumes te kunnen leveren, werkt de productie met takttijden van een halve seconde. Natuurlijk verlopen deze processen volautomatisch en op hoge snelheid: het menselijk oog kan de afzonderlijke montagestappen nauwelijks waarnemen.

Kleine onderdelen in een smalle Alpenvallei

De afzonderlijke onderdelen worden eerst aangevoerd uit opslagbakken, gescheiden met een schudmachine en vervolgens correct gepositioneerd op een transportband, klaar voor de eerste fabricagestap. De componenten worden naar het juiste station getransporteerd, waar delicate grijpers ze oppakken en samenvoegen, of op een andere manier verwerken. De samenwerking van de verschillende machines is een fascinerende choreografie om te zien: het lijkt net een ingewikkelde, ritmische dans met de soepele transportbewegingen van de lopende banden en de snelle, schokkerige bewegingen van de grijpers.

Machine van STIWA

De machine die deze complexe bewegingen zo precies gesynchroniseerd uitvoert, is een compacte automatisering uit de serie LTM-CI van STIWA. Hij is gemaakt voor producten met een diagonaal van maximaal 30 millimeter. Dat betekent dat de machine zelf ook het resultaat is van extreme miniaturisatie. Roland Schiermayr, Departmental Head of Automation Research and Development, legt uit: “Een klant in het westen van ons land produceert dempers voor een bekende meubelgigant, die ieder jaar miljoenen van dit soort onderdelen nodig heeft. STIWA wilde een nieuwe machine aanschaffen voor zijn productielijn. De bestaande machine was 10 meter lang. Om kleine componenten te produceren die maximaal een paar centimeter lang zijn, was dit simpelweg te groot voor de productielocatie in een smalle Alpenvallei. Dit gaf ons de aanzet om alle opties voor miniaturisatie toe te passen.”

Het resultaat van de ontwikkeling was de compacte machine die we eerder beschreven, of liever gezegd, een automatiseringsplatform dat afhankelijk van de configuratie en gebruikte gereedschappen maar 3 tot 4 meter lang is. Een vast verbonden transportsysteem vormt de basis van de machine. De overige systeemcomponenten zijn afhankelijk van de behoeften en specificaties van de klant. “We kunnen tot 22 functiemodules voor verschillende processtappen integreren. Alle modules zijn 90 millimeter breed”, vertelt Christian Mersnik, die vanaf het begin betrokken was bij de ontwikkeling. “De functies omvatten onder meer oppakken en neerzetten, laserlassen met tot vijf graden vrijheid, plaatsen van schroeven, inpersbewerkingen, etikettering, en test- en meetprocessen.”

Wereldwijd unieke vermogensdichtheid

Klanten zijn enthousiast over de compacte automatisering. Ze waarderen onder andere dat de bewegingen in de machine gelijkmatig en soepel verlopen, zonder schokken en trillingen. Dit garandeert een stabiel proces. Een terugkerende klant gaf aan dat het systeem “werkt als een naaimachine”. Met de LTM-CI zijn de cycli teruggebracht tot iets minder dan een halve seconde, wat een significante productiviteitsverhoging oplevert.

De aandrijvingen in de actuatoren in de machine leveren een grote bijdrage aan de soepele bewegingen en de hoge snelheid van het systeem. In eerdere generaties van de machine werden elektromotoren uit een compleet andere formaatklasse ingezet. Voor de compacte automatisering ontdekten de ontwikkelaars de producten van FAULHABER. In de LTM-CI speelt de lineaire motor LM 1247 nu een belangrijke rol. Hij voert taken uit tot bij twintig punten in het systeem, onder andere als aandrijving voor stoppers – schuiven die de materiaalstroom onderbreken – en grijpers.

Een bijzonder sterk punt van de lineaire motoren van FAULHABER is hun extreem hoge snelheid. De aandrijving levert ook een enorme hoeveelheid stuwkracht: met een breedte van slechts 12,5 mm en een hoogte van 19,1 mm produceert hij een continukracht van 3,6 Newton. Roland Schiermayr voegt hieraan toe: “Op vol vermogen kan hij zelfs 10,7 Newton leveren. Er is simpelweg geen andere lineaire motor verkrijgbaar op de wereldmarkt met deze vermogensdichtheid.”

Lange levensduur maakt het ware verschil

De engineers van STIWA zijn al net zo tevreden over de borstelloze motor van de serie BX4 2250. In de portaalfunctie van de compacte automatisering drijft deze motor de verplaatsingseenheden aan die gereedschappen of componenten in een bepaalde positie brengen. Christian Mersnik legt uit dat STIWA bij de keuze van een geschikte aandrijving niet alleen waarde hechtte aan de typische sterke punten van de FAULHABER-motoren. Ook de beschikbaarheid van toebehoren was belangrijk: “Op dit punt moet het systeem extreem nauwkeurig werken, met een hoge herhaalnauwkeurigheid. Dat FAULHABER deze motor kon leveren met een bijpassende multi-turn absolute encoder, was dan ook een belangrijk argument voor ons. De signalen van deze encoder zijn vereist voor de hoge productiekwaliteit en voor de kwaliteitsborging.”

Voor STIWA zit het ware verschil hem echter in de lange levensduur en langdurige betrouwbaarheid van alle componenten. Het bedrijf garandeert zijn klanten namelijk dat de compacte automatisering ten minste 60 miljoen slagen foutloos werkt. Dat betekent dat alle bewegende onderdelen dit gigantische aantal slagen moeten kunnen verwerken. En dat geldt natuurlijk ook voor de motoren. “We onderwerpen onze eigen onderdelen en extern ingekochte componenten aan duurtesten”, legt Roland Schiermayr uit. “Hierbij stellen we ze bloot aan slijtage en ongunstige omstandigheden om te proberen ze kapot te maken. Alleen de onderdelen die deze duurtesten overleven, worden in onze machines toegepast. De motoren van FAULHABER hebben bewezen dat ze dit soort extreme vereisten aankunnen. Ze helpen ons om onze eigen piekwaarden te bereiken, met minimale ruimtevereisten en de kortste cycli.”

Meer informatie bij FAULHABER