Für automatisiertes Löten oder Schweißen gibt es unterschiedliche Verfahren. Ob Kolben-, Induktions- oder Laser-Löten bzw. -Schweißen, oft wird dabei das Zusatzmittel per Draht an die Fügestelle zugeführt. Genau hier liegt auch die Schwierigkeit, einerseits muss immer eine reproduzierbare Länge Zusatzmittel an Ort und Stelle kommen, andererseits darf der Draht sich nicht stauchen oder knicken. Eine Neue, per gesteuertem Kleinstmotor betriebene, automatische Drahtzuführung löst nun das Problem zuverlässig. Das Zusatzmittel bzw. Lot wird genau geregelt "auf den Punkt" gebracht.
Löten und Schweißen sind uralte Verfahren zur Metallverbindung. Sie eignen sich auch für die moderne, automatisierte Fertigung hervorragend. Wichtig für reproduzierbare Ergebnisse sind dabei die Einhaltung aller Parameter, darunter vor allem Temperatur und Menge der Zusatzmittel. Der letzten Forderung hat sich die Eutect GmbH aus Dusslingen angenommen und einen variablen, individuell justierbaren Löt- und Schweißdraht-Vorschub entwickelt. Eine automatische Rückmeldung über die Menge des geförderten Zusatzes erlaubt dabei die optimale Dosierung sowie die Betriebsdatenerfassung. Um den Draht variabel und exakt zu fördern, arbeiten die Lötexperten mit dem Kleinantriebsspezialisten Faulhaber aus Schönaich zusammen. So entstand eine kompakte und doch feinfühlig auf individuelle Anforderungen adaptive Drahtspendeeinheit.
Verfahrensgrundlagen optimal nutzen
Einerseits gibt es für die meisten technischen Aufgaben nicht nur eine Lösung; andererseits kommt der Spruch "warum etwas kompliziert machen, wenn es auch einfach geht" nicht von ungefähr. Gerade in der Automatisierung kann weniger durchaus mehr bedeuten. Von diesem Grundgedanken gingen die Entwickler des Sensitive Wire Feed aus. Da prinzipbedingt bei allen Fügezusätzen in Drahtform derselbe immer auf das Werkstück aufgesetzt wird, wurde das neue Modul so aufgebaut, dass es eine breite Palette von Zusatzwerkstoffen fördern kann. Was vom Prinzip her einfach klingt, ist im Detail doch nur mit einer Menge Know-how automatisierungsgerecht zu fertigen. So unterschiedliche Parameter wie Drahtstärke, Drahtstabilität und Werkstückgeometrie sind bei der ersten Einstellung zu berücksichtigen. Aus diesem Grund sind im Zuführungsmodul unterschiedliche Sensoren integriert, die die aktuelle Drahtposition exakt erkennen. So lassen sich dünne und weiche Lötdrähte ebenso nach Bedarf dosieren wie relativ starre Stahldrähte für das Laserauftragsschweißen. Die komplexe Sensorik lernt sich dabei adaptiv, sprich von selbst auf den Fügevorgang ein. Sie stellt jedoch nur einen Teil der Zuführlösung, ohne exakt die Steuervorgaben umsetzende Antriebe nützt die beste Datenerfassung und Auswertung nichts. Hier helfen kompakte Kleinstantriebe weiter.
Der Draht wird über kleine Schrittmotoren mit definierter Schrittweite an die gewünschte Position gefördert. Die Fördergeschwindigkeit ergibt sich aus der Anzahl der Schrittimpulse pro Zeit. Zusätzlich meldet ein optischer Encoder die tatsächliche Rotation an die Steuerung zurück. Dieser wird definiert an das Antriebsrad des Schrittmotors gedrückt und erkennt dabei Schlupf, wie auch Toleranzen und misst so die wirklich geförderte Drahtlänge.
Geschäftsführer der Eutect GmbH Matthias Fehrenbach: "Auf Grund der Vielzahl an Getriebeübersetzungen der kompakten Schrittmotoren von Faulhaber kann für jede Prozessanforderung die optimale Übersetzung gewählt werden. Die nach Kundenwunsch ausgelegte Getriebe- und Schrittmotorkombination, momentan zwischen 14:1 und 134:1, ermöglichte unseren Entwicklern erstmals mit dem "actio-reactio" Prinzip zu arbeiten. Hierbei wird über eine intelligente Wägeschraube die Reaktionskraft gemessen, die durch das Auftreffen des Drahtes am Lötpunkt entsteht." Die exakten 22 mm Schrittmotoren in Kombination mit dem Encoder erlauben hierbei eine hochpräzise Regelung des Vorschubes. Die daraus resultierenden sicheren Drahtfördermöglichkeiten ermöglichen in den verschiedenen Löt- und Schweißprozessen neue Maßstäbe in der Qualität und Reproduzierbarkeit. Auf diese Weise wird der Zusatzdraht zum quasi verschleißfreien mechanischen Taster direkt vor Ort an der Schweiß- oder Lötstelle. Damit sind auch unvermeidliche Toleranzen bei Positionierung oder Geometrie der Werkstücke sicher zu erkennen und zwar zeitgleich zum Fügevorgang an dieser Stelle.
In der Praxis
Um dem Anwender die Montage bzw. das Nachrüsten und die Grundparametrierung zu erleichtern, ist das Drahtfördermodul flexibel aufgebaut. Bei einer Breite von nur 82 mm, 165 mm Höhe und 126 mm Bautiefe wiegt es 2,5 kg und kann Drahtrollen bis zum gleichen Gewicht aufnehmen. Fünf unterschiedliche Montagemöglichkeiten bieten für praktisch jede Löt- und Schweißanwendung ideale An- und Einbindungsmöglichkeiten. Je nach Ausbaustufe können Drähte von 0,1 bis 2,0 mm Durchmesser zuverlässig transportiert werden. Die kleinste Förderschrittweite beträgt 0,025 mm und die maximale Fördergeschwindigkeit 150 mm/s.
Die kompakte Fördereinheit wird über einen 19-poligen Rundstecker mit der Steuerung verbunden. Auch dabei ist Flexibilität zur optimalen Anlageneinbindung Trumpf. Es stehen Ausführungen für CANopen, Profibus, EtherCAT oder Inter-Device Net zur Verfügung. Ethernet- (VPN wird unterstützt), USB- und serielle Schnittstellen sowie digitale E/As sind ebenfalls verfügbar. Um bei der Vielzahl der Funktionen trotz der kompakten Abmessungen des Fördermoduls genügend Kraftreserven für den Drahtvorschub zu bekommen, wurden die Kleinantriebsspezialisten aus Schönaich mit ins Entwicklungsboot genommen. Als ideal erwies sich für diesen Einsatzbereich die kompakte Kombination aus Zwei-Phasen-Schrittmotor am Antriebsrad und optischem Encoder am Kontrollrad.
Anwendungsgerecht bewegen
Die Anwendung fordert einen einfach in Fördergeschwindigkeit und Aufdrückkraft regelbaren Motor. Vergleicht man verschiedene Antriebe daraufhin, so ist ein zweiphasiger Schrittmotor der Antrieb der Wahl. Mit 24 Schritten je Umdrehung und definierter Schrittweite je Impuls ist er leicht anzusteuern. Gleichzeitig bietet er die Möglichkeit, bei Bedarf ein definiertes Drehmoment von fast 40 mNm aufzubringen. Die Andruckkraft des Zusatzwerkstoffes kann damit in einem weiten Bereich kontinuierlich gehalten werden. Dabei sind wechselnde Fördergeschwindigkeiten bei einer Motordrehzahl von über 10.000 U/min bzw. mehr als 4.000 Schritten je Sekunde kein Problem. Um die nötige Präzision sicher zu stellen, ist zusätzlich ein aufsteckbarer optischer Encoder am Kontrollrad angebracht. Die Encoder können wahlweise 100 bis 500 Impulse je Umdrehung der Kontrollradwelle mit oder ohne Nullimpuls generieren oder hochauflösend bis 1.024 Impulse abgeben. Ein in der Anwendung verbautes Untersetzungs-Getriebe verbessert die Auflösung an der Antriebsrolle, die den Draht schlussendlich bewegt, noch weiter.
Moderne Kleinantriebe generieren nicht nur kraftvolle und präzise steuerbare Bewegungen, sie können im Einzelfall auch selbst als Sensor für die anstehende mechanische Belastung eingesetzt werden. Zusammen mit Zusatzbausteinen wie Encodern, verschiedenster Getriebeübersetzungen und einer durchdachten Steuerung kann so für Automatisierungsanwendungen eine optimale und qualitativ hochwertige Lösung mit hohem Nutzen erreicht werden. Wird bei Neuentwicklungen der Kleinantriebsspezialist von Anfang an mit eingebunden, sind einfache aber innovative und zuverlässige Lösungen das Ergebnis.
Autoren: Andreas Zeiff und Dietrich Homburg, beide Redaktionsbüro Stutensee
