Dünne Bänder, enge Toleranzen

Fokus

Die Anforderungen an die Planheit von Metallbändern ist in den vergangenen Jahren kontinuierlich gestiegen. Gleichzeitig geht der Trend – gerade in der Elektronikindustrie – zu immer dünneren Materialien.

28. Mai 2018
Um in Bändern mit Materialdicken zwischen 30 und 200 Mikrometern noch einen ausreichenden Richteffekt zu erzielen, hat B+S eine Kassette für acht Millimeter Richtwalzendurchmesser entwickelt. Bild: B+S
Bild 1: Dünne Bänder, enge Toleranzen (Um in Bändern mit Materialdicken zwischen 30 und 200 Mikrometern noch einen ausreichenden Richteffekt zu erzielen, hat B+S eine Kassette für acht Millimeter Richtwalzendurchmesser entwickelt. Bild: B+S)

Eine Qualitätsverbesserung durch Streck-Biege-Richten erleichtert die Weiterverarbeitung deutlich. So erhöht sich etwa die Formgenauigkeit beim Stanzen, und es sind dünnere Oberflächenbeschichtungen möglich. Für einen chinesischen Hersteller entwickelte der Schneid- und Richtmaschinenhersteller Burghardt + Schmidt (B+S) deshalb eine neue Lösung zum Planrichten extrem dünner Kupferbänder. Die Anlage eignet sich für sämtliche Legierungen des Werkstoffs sowie für Phosphorbronze und erlaubt es, Bänder von nur 30 Mikrometern Dicke mit minimalen Toleranzen zu bearbeiten. Je nach Ausgangsmaterial können Ebenheiten bis hinunter zu einer I-Unit erreicht werden.

Der Auftraggeber in China fertigt Teile für die Elektronikindustrie, die sehr hohen Anforderungen an die Oberflächengüte und die Planheit genügen müssen, um eine hohe Formgenauigkeit zu erreichen. Dafür werden extrem dünne Metallbänder verwendet, die mit einer neu zu konzipierenden Anlage für die Weiterverarbeitung vorbereitet werden sollen. Das Ziel der Neuanschaffung war es, die Formtoleranz im Stanzprozess in engen Grenzen zu halten. Dies ist in Hinblick auf die automatisierte Montage der elektronischen Bauteile sehr bedeutend. Neben der Planheit definierte der Auftraggeber auch Ausschlusskriterien an die Oberflächengüte. Das heißt, das Endprodukt sollte durch die Bearbeitung sein Reflexionsvermögen nicht verändern.

»Angesichts des klar erkennbaren Trends zu immer dünner werdenden Bändern stieß B+S mit seinen Anlagen immer wieder an die regelungstechnischen Grenzen. Bedingt durch Kundenanforderungen und entsprechende Marktanalysen, haben wir deshalb seit geraumer Zeit Basisentwicklungen vorangetrieben, die prinzipiell das Richten von Metallbändern mit 20 Mikrometern Dicke erlauben«, erläutert der technische Leiter bei B+S, Volker Lüdecke, die Hintergründe. Das vorgelegte Konzept sowie die langjährige Erfahrung im Streck-Biege-Richten gaben schließlich den Ausschlag für den Erhalt des Auftrags aus China.

Kassette mit 8-Millimeter-Richtwalzen

Zum Zugaufbau besitzt die Anlage auf der Bremsseite, also vor der Richtmaschine, vier Walzen, um die das Metallband läuft und die zusammen mit dem Abhaspel den Rückhaltezug generieren. Hinter der Richtmaschine ziehen die vier Zugwalzen gemeinsam mit dem Aufhaspel am Band. Durch Überlagerung von Zug und Biegung zwischen den Gruppen aus oberen und unteren Richtwalzen werden die inneren Spannungen und die Formabweichungen der Bänder reduziert. Um bei den sehr dünnen Bändern mit Materialdicken zwischen 30 und 200 Mikrometern noch einen ausreichenden Richteffekt zu erzielen, hat der Metallband-Experte eine Kassette mit acht Millimeter großen Richtwalzen-Durchmesser entwickelt. Bei Werten über 200 Mikrometern werden Zwölf-Millimeter-Richtwalzen eingesetzt.

Abweichungen werden automatisch durch eine Vollmer-Planheitsmessrolle zur kontinuierlichen Bandformmessung detektiert. Bandzonen mit Wellen üben weniger Kraft auf die segmentierte Rolle aus als die ebenen. Eine Software errechnet anhand der Messwerte die mathematische Formel der Bandform und erstellt daraus ein 3D-Modell. Davon ausgehend lässt sich die notwendige Anstellung der Richtwalzenabstützungen errechnen und automatisch anpassen. Ein manuelles Nachjustieren ist nicht nötig. Eine Besonderheit sind die vier Stellachsen an der oberen Richtkassette, die für die extrem genaue Anstellung in den drei Raumachsen sorgen. »Je nach Anfangsplanheit können so Ebenheiten bis hinunter zu einer I-Unit erreicht werden. Das entspricht einer 0,2 Millimeter hohen und 100 Millimter langen Welle im Band«, erklärt Lüdecke.

Hochdynamischer Antrieb für breites Regelungsspektrum

Grundsätzlich werden auf der Anlage ohne Einschränkung alle Kupferlegierungen über einen großen Bandquerschnittsbereich gefahren, wobei die Zugfestigkeit des Materials zwischen 300 und 1.100 N/mm² liegen kann. So liegt die Dicke zwischen 30 und 500 Mikrometern und die Breite zwischen 100 und 450 Millimetern, was ein Querschnittsverhältnis von 1:75 ergibt. Rechnet man die Streckgrenze von 200 bis 1.050 N/mm² hinzu, beläuft sich das zu regelnde Verhältnis auf 1:390. Aufgrund dieses weiten Spektrums wird der Bandzug direkt an Ab- und Aufhaspel sowie vor der Richtmaschine gemessen und dient als Regelgröße für die Antriebe. Diese sind mit hochdynamischen AC-Motoren ausgestattet.

Die installierte Leistung beläuft sich auf rund 550 Kilowatt. »Die Einspeisung erfolgt mit Sinamics-S120-Basic-Line-Baugruppen, sodass die generatorisch erzeugte Energie über eine Rückspeisung auf der Zugseite – das heißt, für die Motoren hinter der Richtmaschine – wiederverwendet werden kann. Das führt zu einer deutlichen Energieeinsparung«, legt Lüdecke einen der zentralen Vorzüge der Anlage dar. Die Ansteuerung übernehmen voll digitalisierte Wechselrichter, die über Profibus L2-DP an die SPS der Anlagensteuerung gekoppelt sind. Die eigentlichen Regelfunktionen werden über einen Mikroprozessor kontrolliert, der neben einem hohen Bedienkomfort auch eine einfache Inbetriebnahme und Wartung ermöglicht.

Besonders benutzerfreundliches und sicheres Bedienkonzept

Die Anlage trägt das CE-Zeichen und ist nach der europäischen Maschinenrichtlinie 2006/42/EG ausgeführt, die zur Sicherheit der Mitarbeiter unter anderem einen Schutzzaun vorsieht. Mehrere Schutzbereiche gewährleisten, dass in einem davon schon Tätigkeiten durch den Bediener ausgeführt werden können, während in einem anderen noch automatische Bewegungen ablaufen. Ist ein solcher Teilbereich geöffnet, wird die Geschwindigkeit dort automatisch auf ein sicheres Maß reduziert. »Durch die räumliche Anordnung der Pulte ist zudem konstruktiv ein ausreichender Abstand zu den beweglichen Anlagenteilen und zum Band sichergestellt«, so Lüdecke. Die normale Zeitdauer bis zum Stillstand beträgt zwölf Sekunden, bei Bedarf kann sie auf sechs Sekunden und im Notfall sogar auf drei Sekunden verkürzt werden.

Das Material läuft aus Bedienersicht von links nach rechts mit einer Geschwindigkeit von 10 bis 300 Metern pro Minute durch die Anlage. Die einzelnen Prozessschritte werden mit Übersichts- und Detailbildern visualisiert. Der Bediener kann seine Eingaben direkt über Buttons und Datenfelder in den Bildern oder über Pop-up-Fenster vornehmen. Die materialtypischen Achseinstellungen lassen sich als einzelne Datensätze mit alphanumerischen Namen in einer Datenbank abspeichern. Auch eine kundenspezifische Auftragsverwaltung kann in das System integriert werden. Eine Anbindung an das Unternehmensnetz sorgt dafür, dass der Bediener jederzeit seinen aktuellen Produktionsplan abrufen kann.

Bei einem Kassettenwechsel erkennt das System durch ein Identifikationssystem, welche Kassette aktuell eingebaut ist. Ein manuelles, zeitintensives Nachjustieren ist nicht mehr notwendig. Durch weitere Automatiken, beispielsweise in Form eines automatischen Bund- und Spulentransports, können Parallelarbeiten getätigt werden. Was zuvor zwei Männer erledigt haben, kann somit nun ein einzelner Mitarbeiter übernehmen.

Zu Wirtschaftlichkeit und Komfort trägt auch ein von B+S entwickeltes Einfädelsystem bei: Das zu bearbeitende Band wird wie üblich in Form eines Bundes auf die Abhaspel aufgebracht, ein manueller Einzug ist jedoch nicht nötig. Vielmehr wird der Bandanfang im Anlageneinlauf in einem Klemmbalken eingespannt und mit einer Geschwindigkeit von 10 bis 15 Metern pro Minute bis in den Auslauf durchgezogen. Dadurch wird kein Pilotband benötigt und das Anschweißen oder die Notwendigkeit von Leitblechen entfällt.

Auch das Anwickeln auf die Aufhaspel erfolgt automatisiert mit einem Gurtwickler. »Die Produktivität der Anlage steigt, da schnell und effizient mit der eigentlichen Bearbeitung begonnen werden kann«, resümiert der technische Leiter. Damit das Band am Ende akkurat hochgewickelt ist, sind Ab- und Aufhaspel zudem jeweils mit einer Bandkantenregelung ausgerüstet. Dabei stehen die jeweils sechs Tonnen schweren Haspel auf spielfrei vorgespannten, wälzgelagerten Linearführungen. Diese sorgen zusammen mit der Kantenerfassung sowie der Positionsregelung über einen servo-hydraulisch angesteuerten Hydraulikzylinder für ein präzises Ab- und Aufwickeln.

Hintergrund

Burghardt + Schmidt (B+S) wurde 1945 gegründet und stellt Maschinen und Anlagen zum Schneiden und Richten von Metallbändern her. Die Produkte werden speziell auf die Bedürfnisse der Kunden zugeschnitten. Das Unternehmen profitiert von seiner langjährigen Erfahrung im Dünnbandsektor und hat sich vor allem auf Längsteilanlagen, Streck-Biege-Richtanlagen, Verpackungslinien, Verlegespuler, Richtmaschinen, Querteilanlagen und Bandanlagen spezialisiert. Am deutschen Standort in Remchingen werden die Anlagen mit dem Qualitätsmerkmal ›Made in Germany‹ entwickelt und gefertigt.

2014 hat sich Burghardt + Schmidt mit der Schnutz GmbH in der Burghardt+Schmidt-Gruppe zusammengeschlossen. Schnutz ist spezialisiert auf die Herstellung von Richtmaschinen für Flachprodukte wie Bänder, Tafeln, Lochbleche und Teile aus Stahl oder NE-Metallen. Kunden der Burghardt+Schmidt-Gruppe können somit nun vollständige Bandanlagen mit Schnutz-Richtmaschinen aus einer Hand erhalten.

Mit kontinuierlichen Verbesserungen und qualitativ hochwertigen Produkten will B+S weiterhin ein profitables Wachstum erzielen. Als wichtigsten Erfolgsfaktor sieht die B+S-Führung ihre hoch qualifizierten und engagierten Mitarbeiter an. Ihnen, Kunden und Lieferanten will man ein zuverlässiger und vor allem ein langfristig orientierter Partner sein. B+S strebt eine nachhaltige, wertschätzende und kooperative Grundlage für unternehmerisches Handeln an.

Erschienen in Ausgabe: 03/2018

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