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Lineare Direktantriebstechnik: Schnellerer Materialvorschub per Magnetfeld

Die lineare Direktantriebstechnik macht es möglich: Dank eines ausgeklügelten Magnetfeldes arbeitet ein neues Verfahren für den Materialvorschub bei der Metallverarbeitung vollkommen berührungsfrei und dabei deutlich schneller als herkömmliche Walzenvorschübe.

Lineare Direktantriebstechnik Bildquelle: © Torsten Sienk

Kein Klemmen, kein Auswalzen, höchste Geschwindigkeit mit niedrigen Betriebskosten: Mit wenigen Worten lassen sich die Vorteile des so genannten Flexfeed-Verfahrens zusammenfassen. Hinter dieser Erfindung steht mit der Firma Tecodrive eine erfolgreiche Ausgründung aus dem Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen der Leibnitz Uni Hannover. Welches Potenzial hinter Flexfeed steckt, wird deutlich, wenn man einen Blick in die Blechverarbeitung beispielsweise des Arnsberger Unternehmens Trilux wirft: Die Lichtexperten stanzen aus dünnem Aluminium Reflektorbleche für hochwertige Leuchtsysteme. Die dafür eingesetzte Stanze arbeitete bis dato mit einem klassischen Walzenvorschub mit 200 Hüben in der Minute. Dass eine höhere Taktzahl nicht möglich war, lag allerdings nicht an der Stanze selbst – sie hätte locker das Doppelte geschafft. "Vielmehr war es der Walzenvorschub, der die Produktivität begrenzte", erklärt Dr. Olaf Marthiens, geschäftsführender Gesellschafter von Tecodrive.

Prinzipbild Bildquelle: © Tecodrive

Prinzipbild: Der kontaktfreie Vorschub beruht auf dem Prinzip magnetischer Anziehung und Abstoßung. Zwei Statoren erzeugen dafür im Metallband eine magnetische Wanderwelle.

Das bisherige 'speed limit' hatte primär physikalische Gründe – vor allem aufgrund der  Massenträgheit sowie des Reibwertes zwischen dem Band und den Walzen. Denn beim klassischen Walzenvorschub, der einen Blechstreifen von einem Coil kommend taktend in eine Bearbeitungsmaschine positioniert, müssen bei jedem Takt die beiden Rollen schließen, Druck auf das Werkstück aufbauen, dieses kraftschlüssig transportieren und nach Abschluss wieder öffnen – also lüften. "Je höher die Geschwindigkeit ist, desto höher muss der Druck sein, damit das Material nicht durchrutscht", erklärt Marthiens. Die Presskraft auf den Werkstoff lässt sich allerdings nicht ins Unendliche steigern, weil sich das Metall sonst verformt. Zudem steigt das Risiko, fein bearbeitete Oberflächen zu beschädigen. Bei Trilux hat dieser Effekt etwa dazu geführt, dass sich in die Alumi­niumlamellen eine kaum sichtbare Torsion eingeschlichen hat. Diese sorgte nach der fertigen Montage wiederum regelmäßig dafür, dass sich der Lichtschein merkwürdig verformte.

Beide Statoren erzeugen das kräftige Magnetfeld Bildquelle: © Torsten Sienk

Die beiden Statoren erzeugen in der Vorschubeinheit das für das neue Verfahren erforderliche, kräftige Magnetfeld, welches wiede­rum von einem Kollmorgen-Servoregler gesteuert wird.

Heute setzt der Leuchtenhersteller den Flexfeed von Tecodrive ein – mit erstaunlichen Ergebnissen. Das Unternehmen fährt jetzt mit doppelter Geschwindigkeit und kann die Leistungsfähigkeit der Blechbearbeitungsmaschinen endlich voll ausnutzen. "Unser Auftrag bestand am Anfang des Projektes darin, 400 Hübe in der Minute zu erreichen – was wir auch geschafft haben", blickt Hans-Jörg Lindner, ebenfalls geschäftsführender Gesellschafter von Tecodrive, zurück und ergänzt: "Bei bestehenden Prozessen erreichen wir in der Regel eine Steigerung um den Faktor zwei".

Die hinter Flexfeed stehende kontaktfreie Technik fördert das Material absolut schonend, ohne Querkräfte und ohne Bildung von Bandwellen mit höchster Geschwindigkeit. Und dies funktioniert so: Wie bei der linearen Direktantriebstechnik auch, nutzt der kontaktfreie Vorschub das Prinzip der magnetischen Anziehung beziehungsweise Abstoßung. Dafür sind in dem nur knapp einen Meter langen Gerät zwei Statoren gegenüberliegend angeordnet. Sie erzeugen im dazwischen liegenden Metallband eine magnetische Wanderwelle, die dank der dabei entstehenden Lorenz-Kraft für den Vorschub genutzt wird. Das Wirkprinzip lässt sich im Flexfeed mit einem asynchronen Li­nearantrieb vergleichen, bei dem das Metallblech die Rolle des Kurzschlussläufers einnimmt. Dieses Detail bringt für die Regelungstechnik jedoch einige Herausforderungen mit sich, die letztlich auch den Kern des patentierten Verfahrens bilden.