Rundtaktmaschine kombiniert CNC-Technologie und Hydraulik

Seit dreißig Jahren entwickelt und baut Winema Maschinenbau in Grosselfingen hochkomplexe Werkzeug- und Rundtaktmaschinen, die unterschiedlichste Werkstücke schnell und kostengünstig bearbeiten. Die typische Teilegröße liegt zwischen zwei bis sechzig Millimeter Durchmesser und einer Länge von bis zu vierhundert Millimeter. Die Werkstück-Geometrien werden mit drei Maschinengrößen abgedeckt. Kernstück der Maschinen ist ein vertikaler Schaltteller mit acht bis zwölf Spannstationen, in die die zu bearbeitenden Werkstücke gespannt werden. Mit jedem Takt kann eine Zerspanungsaufgabe wie Drehen, Fräsen, Schleifen oder auch Umformen, wie Stempeln und Prägen ausgeführt werden.

In dieser Zeit wurde auch die Automatisierung der Maschinen mehrmals aktualisiert und neuen Anforderungen angepasst. 1994 entschloss sich Winema-Geschäftsführer Eckhard Neth, die mechanische Nockensteuerung der Rundtaktmaschinen durch eine elektronische CNC-Steuerung zu ersetzen. Dabei ging es nicht darum, die Hydraulik zu ersetzen, denn diese ermöglicht eine sehr kompakte Bauweise des Schalttellers und der Pinoleneinheiten. Vielmehr war dem Unternehmen die Flexibilität und Programmierbarkeit der Bewegungen durch die CNC-Technologie wichtig. In einem Marktumfeld, das zunehmend von steigender Variantenzahl und sinkenden Losgrößen geprägt ist, gewinnen diese Kriterien an Bedeutung. Die RV-Rundtaktmaschinen arbeiteten damit nicht nur äußerst präzise, sondern ließen sich auch sehr schnell umrüsten.

Seit 2011 setzt Winema bei der RV10 Flexmaster auf die CNC-Steuerung Indra-Motion MTX Performance von Rexroth. Diese kontrolliert bis zu 64 Achsen und Spindeln in bis zu zwölf, voneinander unabhängigen CNC-Kanälen. Mit dem Einsatz der Indra-Motion MTX konnte die Taktzeit von 2,0 auf 1,6 Sekunden und die Rüstzeit von 2 auf 1,5 Stunden Rüstzeit gesenkt werden. „Diese Flexibilität und Schnelligkeit halfen uns, auch neue Automobilzulieferer als Kunden zu gewinnen“, so Neth. Mittlerweile hat die neueste Steuerungsgeneration Indra-Motion MTX Advanced von Rexroth die Taktzeit auf 1,45 Sekunden reduziert. Möglich macht dies ein Mehrkernprozessor mit 1024 MB großem Arbeitsspeicher für die Regelung von bis zu 250 Achsen in 60 Kanälen.

„An dieser Stelle zahlt sich das Konzept aus, von vornherein auf CNC-Steuerungen zu setzen“, erklärt Neth. Die CNC-gesteuerten Rundtaktmaschinen haben den Vorteil, dass der Bediener alle Prozessparameter, wie zum Beispiel Beschleunigung, Drehzahl und Vorschub individuell über das Werkstück und die Bearbeitung beeinflussen kann. Bei den Kurvenscheibensteuerungen ist dies faktisch unmöglich, denn der festgelegte Ablauf kann nur mit einer bestimmten Geschwindigkeit oder Vorschub gefahren werden. So wäre es beispielsweise nicht möglich, einen Spanbrechzyklus mit Entspänen nachträglich einzuschieben. „Wir dagegen können Drehoperationen mit beliebigen Konturen fahren“, erläutert Neth.

„Der entscheidende Punkt für uns war, dass die Steuerung sowohl elektrische als auch hydraulische Antriebe bedienen kann. Und genau diese Kombination brauchen wir für das Gesamtkonzept“, sagt Neth. Denn um die Maschine kompakt und gut zugänglich zu halten, konnten in die kreisförmig angeordneten Bearbeitungsachsen keine elektrischen Motoren eingebaut werden. Die Hydraulik mit ihrem Vorteil der kompakten Bauweise erfüllt diese Anforderung und ermöglicht Pinoleneinheiten mit integriertem Kolbensystem, mit denen sich die Arbeitsspindeln axial verschieben lassen. Das Hydraulikaggregat hingegen, das die erforderlichen Volumenströme und Drücke erzeugt, befindet sich in der Nähe des Schaltschrankes und ist gekühlt sowie schallisoliert.

Die Positionsregelung der Pinolen erfolgt über die digitalen IAC-Regelventile mit Multi-Ethernet-Schnittstellen von Rexroth. Diese Regelventile binden mit ihren integrierten digitalen Achscontrollern die hydraulischen Antriebe ganzheitlich in das Steuerungskonzept ein und gewährleisten damit, dass sich ein hydraulischer Antrieb wie ein elektrischer Antrieb verhält. Die integrierten Steuer- und Regelalgorithmen sind ganz auf die Bedürfnisse der Hydraulik abgestimmt und übernehmen Funktionen wie Positions- oder Kraftregelung, Druckregelung oder Zustandsrückführung. Als elektrische Achsen kommen die Servoantriebe Indra-Drive C und die Synchron-Servomotoren Indra-Dyn S zum Einsatz.