Auf der Suche nach einem effizienteren PECM-Werkzeug wollte ein Kunde hydraulische Aktuatoren ersetzen. Konventionelle hydraulische Aktuatoren, obwohl funktionsfähig, setzten der Geschwindigkeit der Teileproduktion Grenzen, die dem übergreifenden Ziel des kontinuierlichen Verbesserungsprozesses des Unternehmens im Wege standen.
Nach gründlichen technischen Diskussionen wurde ein einphasiger, mehrspuliger „eisenloser“ Moving-Magnet-Aktuator mit Wasserkühlungskonzept ausgewählt. Bei der Integration in die Maschinen des Kunden und dem Test in der Produktionslinie verdoppelte das Aktuatormodul die Produktivität der Maschine. Der Erfolg beim Übergang vom hydraulischen zum elektromechanischen Antrieb unterstreicht die Kraft maßgeschneiderter Innovationen.
Schneller
Bewegungen
Zukunft
beständig
Sehr
Präziser
Thermisch
stabil
Problemdefinition und Vorgehensweise
Während der Entwicklung seiner neuen Generation von PECM-Werkzeugen wollte ein Kunde aufgrund der begrenzten Teileproduktionsgeschwindigkeit von herkömmlichen hydraulischen Aktuatoren Abstand nehmen. Sie wollten auf einen elektromechanischen Aktuator umsteigen.
PECM ist ein elektrochemischer Bearbeitungsprozess, der eine schnell bewegliche Plattform für die berührungslose elektrochemische Entfernung von Metallmaterial nach einer umgekehrten Projektion erfordert. Das Werkzeug muss mit hoher Genauigkeit und einem sehr kleinen Arbeitsabstand arbeiten.
Magnetic Innovations wurde gebeten, eine geeignete Lösung zu entwickeln - einen elektromechanischen Aktuator, der in der Lage ist, Impulskräfte von bis zu 10 kN zu liefern, um die Werkzeugelektrode zu oszillieren. Weitere Spezifikationen für den elektromechanischen Aktuator umfassten:
- Hohe Genauigkeit
- Minimale Arbeitslücke
- Reproduktionsgenauigkeit von 2-5 µm
- Hohe Beschleunigungen von ca. 35m/s^2 bei einer bewegten Masse von 150kg
Die spezifischen Anforderungen erforderten einen maßgeschneiderten Motor. Standardmotoren konnten nicht das Maß an Genauigkeit, Impulskraftpräzision und hoher Beschleunigung bieten, das für den Wechsel vom hydraulischen zum magnetischen Antrieb erforderlich ist. Durch die Entscheidung für die Anpassung zeigten sie ihr Engagement für die Entwicklung einer Anwendung, die für die Branche, in der sie tätig sind, zukunftssicher ist.
Anfahrtsplan
Aufgrund der ersten technischen Gespräche wurde recht schnell klar, dass eine relativ große Moving-Magnet-Lösung der praktikabelste Ansatz war. Nach der Untersuchung verschiedener Aktuatortopologien wurde die Entscheidung getroffen, mit einem einphasigen, mehrspuligen „eisenlosen“ beweglichen Magnetaktuator fortzufahren.
Der Moving-Magnet-Aktuator hat den Vorteil minimaler parasitärer Krafteffekte innerhalb der Elektromechanik. Darüber hinaus gibt es äußerst günstige Parameter für die Regelkreisdynamik und die Integration der Leistungselektronik.
Das Ziel bestand darin, einen Aktuator zu entwerfen und zu bauen, der von Anfang an eine optimale Leistung erbringt und sich sowohl für Leistungstests als auch für die anschließende Serienproduktion eignet.
Um die Größe des elektromechanischen Magnetaktors zu minimieren, haben wir uns für die Integration einer Wasserkühlung entschieden. Dieser Aktortyp eignet sich sehr gut für die Wasserkühlung, da sich die Spulen im statischen Teil des Aktors befinden.
Als die Designphase abgeschlossen war, wurden spezielle Wicklungs- und Magnetmontagewerkzeuge entwickelt, um den Bau eines ersten Prototyps zu ermöglichen. Der Prototyp wurde intern qualifiziert, um alle Leistungsdaten und Kundenanforderungen zu validieren.
Lösung
Nach der Integration in die Maschinen des Kunden und gründlichen Tests an der Produktionslinie hat sich der Aktuator als Erfolg erwiesen. Diese Umstellung vom hydraulischen auf den elektromechanischen Aktuator führte zu erheblichen Kostensenkungen.
Die Implementierung des kundenspezifischen Aktuators verbesserte die Produktivität der Maschine und verdoppelte effektiv den Output. Diese verbesserte Produktivität ermöglichte es dem Kunden, die Kosten für die Herstellung vorhandener Teile zu senken und diese so wirtschaftlicher zu machen. Darüber hinaus ermöglichte die verbesserte Produktivität die Einführung des PECM-Prozesses für die Produktion neuer Teile und erweiterte so die Palette der Komponenten, die mit dieser fortschrittlichen Methode effizient hergestellt werden konnten.
Heute ist das Aktuatormodul ein Standardbestandteil eines erfolgreichen PECM-Produktionswerkzeugs. Letztendlich wurde das Ziel des Übergangs vom hydraulischen zum elektromechanischen Antrieb verwirklicht, was die Kraft maßgeschneiderter Innovation im technischen Fortschritt unterstreicht.
Motorparameter
- Schnellere Bewegungen im Vergleich zu Hydraulik möglich.
- Präziser durch Verwendung eines Regelkreises mit hoher Bandbreite.
- Thermisch stabiles Aktuatorprinzip mit Verwendung von Wasserkühlung.
- Zukunftssicher, weitere Verbesserungen möglich.
- Geringer Beitrag von elektromagnetischen Störungen.
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