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Thursday, 21 Giugno 2018

La movimentazione dal cuore meccatronico

Gli assi lineari ELP di SCHUNK, con azionamento diretto da 24 V e intelligenza integrata, riducono i costi di manutenzione e messa in servizio nelle applicazioni di movimentazione, oltre a minimizzare l’usura dei sistemi. L’esperienza positiva di Neumayer Tekfor, che ha utilizzato i moduli ELP per la rilevazione di rotture delle parti forgiate dei componenti di motori in ambito automotive, ha dimostrato che possono costituire una valida alternativa ai tradizionali assi pneumatici.

di Sergio Soriano

Nella produzione in linea per l’industria automobilistica, elettronica e dei beni di consumo, i moduli di movimentazione ad azionamento pneumatico sono considerati lo standard. Qualcosa, tuttavia, potrebbe cambiare presto: i dispositivi meccatronici, infatti, si stanno rivelando una valida alternativa ai componenti più tradizionali ad azionamento pneumatico. I vantaggi, in particolare, vanno da un aumento di varietà e possibilità di comunicazione fino a benefici in termini di resistenza all’usura e un notevole miglioramento dell’efficienza energetica. Solo la complessità del controllo e il prezzo elevato hanno in precedenza limitato la rapida espansione di questa tipologia di componente.
Per tale ragione, SCHUNK ha lanciato un sistema meccatronico a 24 V per l’assemblaggio ad alte prestazioni. Insieme alle pinze meccatroniche e ai moduli rotanti, l’elemento centrale del sistema è un asse lineare esente da usura con tecnologia di auto-apprendimento e azionamento diretto, che può essere messo in funzione in modo intuitivo, impostato indipendentemente e che non richiede particolari competenze meccatroniche all’operatore.
Gli utenti pilota - come l’azienda automotive Neumayer Tekfor, con sede a Hausach - vedono un grande potenziale in componenti di questo tipo. L’azienda tedesca è stata tra le prime a mettere alla prova l’asse lineare ELP di SCHUNK, integrandolo in un sistema di collaudo per forgiature. Dopo un periodo di test di otto settimane, altri quattro sistemi sono stati subito sottoposti a retrofit con l’aggiunta di questo modulo.

Tempo ciclo ridotto a meno di 2 secondi
Neumayer Tekfor GmbH è un importante fornitore di componenti e assemblati nel settore powertrain. L’azienda ha circa 700 dipendenti e genera un volume d’affari annuale di circa 140 milioni di euro. L’ambizioso fornitore processa circa 100 tonnellate di acciaio al giorno. Per garantire il massimo della qualità, tutte le parti funzionali sono sottoposte a un attentissimo esame. Ogni giorno, Neumayer Tekfor produce e ispeziona circa 1,3 milioni di forgiature per componenti motore e trasmissioni. I requisiti delle macchine di controllo utilizzate e costruite da Neumayer Tekfor sono ugualmente elevati.
Quindici anni fa, i tempi ciclo per la rilevazione delle rotture tramite la tecnologia cosiddetta Eddy Current era ancora di 7-8 secondi. Oggi, il costante investimento in nuove tecnologie ha permesso di ridurlo a meno di due secondi. Ordini più grandi hanno reso possibile incrementare le prestazioni degli assi pneumatici, aprendo la valvola fino ai limiti del possibile. Di conseguenza, l’usura sugli ammortizzatori è aumentata rapidamente. Altri componenti erano influenzati dalla trasmissione piuttosto rigida verso la posizione finale e dalle corrispondenti vibrazioni.

Messa in servizio molto più semplice
Jürgen Müller, a capo della divisione macchine speciali di Neumayer Tekfor, si è mostrato entusiasta quando SCHUNK ha effettuato una dimostrazione dell’asse lineare intelligente ELP. “I movimenti estremamente veloci, combinati con la corsa omogenea verso la posizione finale, ci hanno molto impressionato. Questo ci ha permesso di prenderci maggiormente cura delle nostre macchine, con il beneficio aggiuntivo di un asse più veloce. SCHUNK ci aveva assicurato che sarebbe stato un gioco da ragazzi installare l’asse, senza bisogno di elettricisti o ingegneri. Ed è proprio quello che abbiamo fatto, lasciando la messa in servizio a un apprendista al suo terzo anno di lavoro”.
Al giovane professionista è bastato fare una sola domanda a un elettricista, per essere in grado di connettere e parametrizzare l’asse. “Occorre soltanto specificare il percorso trasversale dal punto A al punto B e il modulo è in grado di determinare immediatamente, e in maniera totalmente automatica, il profilo di movimento ideale. Questo non può essere nemmeno paragonato alla programmazione degli assi tradizionali tramite regolatori”.
Dopo appena otto settimane è risultata evidente la riduzione delle vibrazioni nella macchina, mentre i tempi ciclo potevano essere ulteriormente migliorati.

Energy-saving e riduzione del rumore
Gli assi ad auto-apprendimento di SCHUNK sono dotati di opzioni intelligenti, che semplificano notevolmente l’impostazione dei sistemi di assemblaggio meccatronici e garantiscono all’utente importanti vantaggi economici. Gli azionamenti diretti esenti da manutenzione e le guide a basso livello di usura riducono fino quasi a zero i costi di manutenzione, rendendo il processo più affidabile. I guasti dovuti ad ammortizzatori sovraccarichi o ad acceleratori male impostati sono ormai un ricordo.
Allo stesso tempo, l’eliminazione della parte pneumatica comporta risparmi significativi in termini energetici e la conseguente riduzione del livello di rumore. Infatti, rispetto ai moduli pneumatici, l’asse ELP è più silenzioso di circa 20 dB durante tutte le operazioni. Infine, i sistemi meccatronici hanno una messa in servizio molto più semplice: basta connettere la presa standard (M8/M12), impostare meccanicamente la posizione finale usando una chiave Allen e la velocità di estensione e retrazione è definita direttamente sul modulo grazie a due selettori rotativi. Dopo appena due/cinque corse, la programmazione tramite tecnologia integrata di auto-apprendimento è completata in maniera totalmente autonoma, senza cioè che l’operatore debba o possa influenzare il processo di apprendimento.

Eliminazione pressoché totale di impatti e oscillazioni
Durante il processo di apprendimento, viene calcolata anche la massima velocità possibile per un determinato carico. Il profilo di movimento è progettato come una rampa: ciò significa che l’unità accelera e frena automaticamente sulla base della corsa. Impatti, oscillazioni e guide incontrollate alla massima velocità sono, così, esclusi. Se il peso del componente cambia durante il processo, l’asse regola automaticamente il suo profilo di movimento in poche corse, senza che le valvole debbano essere regolate, come accade nei moduli pneumatici, o che debbano essere installate nuove sequenze, come nei moduli a controllo elettrico.
Gli assi ELP di SCHUNK sono compatibili con tutti i controller più comuni, dal momento che tutto è controllato tramite I/O digitali. Ogni componente pneumatico può essere sostituito con un corrispondente componente meccatronico. Non sono, invece, richieste unità di valvole nel sistema o controller negli armadi di comando. Questo consente di risparmiare spazio e tempo durante la progettazione, l’approvvigionamento e la messa in servizio.

CASE STORIES

SCHUNK ELP linear axes, with 24 V direct drive and integrated intelligence, reduce the commissioning and maintenance costs in handling applications, also minimizing the system wear. The positive experience of Neumayer Tekfor,
a company which employed ELP modules for crack detection on forgings of engine components in the automotive industry, proved that these components may be a valid option to replace pneumatic axes.

In line production of the automotive, electronics and consumer goods industries, pneumatically controlled handling modules have been considered standard for years. This might be coming to an end soon: mechatronic handling devices have recently been turning into a successful newcomer, which are impressive compared to conventional pneumatically driven components with all their finesse, starting from a higher diversity and communication skills, to advantages when it comes to wear, right up to a significantly improved energy efficiency. Only the complexity of the control and the high price have previously prevented the all-rounder from rapidly expanding.
This is precisely where SCHUNK has launched a mechatronic 24 V standard program for high-performance assembly. A central element alongside mechatronic grippers and rotary modules is a linear axis with wear-free direct drive and auto-learn technology, which can be operated intuitively, independently set and requires no mechatronic expertise from the operator.
Pilot users like automotive specialist Neumayer Tekfor in Hausach see a great deal of potential in the soft high-speed components. The company was one of the first to seize the opportunity, and put the SCHUNK ELP linear axis to the test in a testing system for forgings. With an unequivocal result: after a test period of eight weeks, four additional systems were promptly retrofitted to the high-performance module.

Cycle time reduced to less than 2 s
Neumayer Tekfor GmbH in Hausach is a leading provider of components and assemblies in the powertrain sector. The company has around 700 employees and generates annual sales of around 140 million euro. The ambitious automotive supplier processes around 100 t steel per day. In order to ensure maximized quality, all functional-critical parts run through a meticulous 100% screening. Around 1.3 million forgings for engine components and drivetrains are produced and inspected by Neumayer Tekfor every day. The requirements of the inspection machines used and built by the German manufacturer are correspondingly high.
The cycle time for the crack detection using eddy-current technology 15 years ago was still seven to eight seconds. Now, due to constant investment into new technologies, it has been reduced to under two seconds. Large orders made it possible to expand the performance of pneumatic axes by opening the throttle right up to the limits of what is feasible. As a consequence, the wear on the shock absorbers rapidly increased. Other components were also affected by the harsh drive into the end position and the accompanying vibrations.

Much easier commissioning
Jürgen Müller, head of special purpose machines at Neumayer Tekfor, was delighted when SCHUNK demonstrated a prototype of the smart ELP linear axis. “The extremely fast movements in connection with the harmonious drive into the end position were really impressive. It enabled us to look after our machines and even had the added benefit of the axis being faster. SCHUNK believed it would be child’s play to install the axis. Without an electrician or engineer. And this is precisely what we did, leaving the commissioning up to a
third-year apprentice”. After asking an electrician just one question, the young professional was able to connect the axis and parameterize it. “You simply specify the traverse path from A to B and the module immediately and fully automatically deter-mines the optimum motion profile using the mass moved. This cannot be compared to programming conventional axes with regulators”. After eight weeks of test operation, it was clear: the vibrations in the machine had significantly reduced whilst the cycle time could be increased even more.

Energy saving and noise reduction
The self-learning axes from SCHUNK have a great deal of intelligent features which make it child’s play to set up mechatronic assembly systems and bring significant cost advantages for the user. Maintenance-free linear direct drives and low-wear guidance reduce the maintenance costs to practically zero and increase the process reliability. Failure due to overloaded shock absorbers or incorrectly set throttles are a thing of the past. At the same time, by eliminating the pneumatics, significant energy savings can be made, which also reduces the noise level. Compared to pneumatic modules, the SCHUNK ELP is around 20 dB quieter in ongoing operations. And last but not least, the mechatronic systems are extremely easy to commission. Meaning it is sufficient to connect the standard plug (M8/M12), set the end position mechanically using an Allen key, and the speed of extension and retraction is defined directly on the module using two rotary encoding switches. After just two to five strokes, programming using the integrated auto-learn technology is completed fully automatically, without the operator having or even being able to influence the encapsulated learning process.
Minimizing impacts and oscillations
During the learning process, the maximum possible speed for the current payload is calculated. The motion profile itself is design as a ramp, i.e. the unit automatically accelerates and brakes depending on the overall stroke. Impacts, oscillations and uncontrolled driving at maximum speed of the module are therefore excluded. If the component weight changes in the ongoing process, the axis automatically adjusts its movement profile in a few strokes, without throttles having to be adjust as with pneumatic modules or new sequences having to be installed as with electrically controlled modules.
The SCHUNK ELP axes are compatible with all common controllers since everything is controlled via digital I/O.
Pneumatic components can be replaced with mechatronic ones 1:1. For operation, neither valve terminals in the system nor drive controllers in the control cabinet are required. This saves space and a great deal of time when planning, procuring and commissioning.

 

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