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Als Bend-Tech, ein im US-Bundesstaat Wisconsin beheimatetes, auf CNC-Rohrschneidemaschinen und Biegesysteme spezialisiertes Unternehmen, vor fünf Jahren einen dramatischen Anstieg der Serviceanrufe registrierte, wurde hastig nach der Wurzel des Problems gesucht. Wie sich herausstellte, hatte die wachsende Popularität des Offroad-Fahrens und anderer Outdoor-Motorsportarten die Nachfrage nach Stahlrohren derart stark befeuert, dass die Kunden die erste von Bend-Tech auf den Markt gebrachte Maschine an ihre Leistungsgrenzen brachten. Sie versuchten, Produktionsmengen zu erreichen, die weder sie selbst noch der Hersteller der Maschine jemals erwartet hätten. Also machte sich das Team von Bend-Tech erneut ans Werk und gelangte mit Hilfe einer innovativen Hybrid-Linearantriebstechnologie von Thomson Industries zu einer rundum überzeugenden Lösung.

„Unsere Systeme werden von Metallverarbeitungsbetrieben genutzt, um Rohre mit extrem hoher Geschwindigkeit und ebensolcher Präzision zu schneiden“, erklärt TJ Merry, Produktionsleiter bei Bend-Tech. „Auf diese Weise steigern sie ihre Produktionskapazitäten und damit letztlich ihre Gewinne, indem sie üblicherweise ausgelagerte Arbeiten im eigenen Werk durchführen.“

Das zunehmende Interesse an Spezialfahrzeugen für den Outdoor-Motorsport hat zu einer stetigen Nachfrage nach vorgefertigten Stahlrohren geführt. (Abbildung mit freundlicher Genehmigung von Busted Knuckle Off Road)

Der Löwenanteil der Geschäftstätigkeiten von Bend-Tech konzentriert sich auf zwei Marktsegmente, die beide derzeit einen deutlichen Anstieg verzeichnen. Viele der Kunden sind Hersteller von individuell gefertigten Handläufen an gewerblichen und öffentlichen Gebäuden. Sie profitieren vom anhaltenden Bauboom und einem allgemein gestiegenen Sicherheitsbedürfnis. Das größte Wachstumspotential bilden jedoch Werkstätten, die Fahrzeuge wie Geländebuggys, Rennwagen und Jeeps für den Offroad-Motorsport umbauen.

Nachdem ihre zuerst auf den Markt gebrachte Maschine den Anforderungen der Massenproduktion nicht standhielt, baute das Unternehmen das größere plasmabasierte Schneid-, Markierungs- und Gravursystem Dragon A400. Diese Maschine bewältigte praktisch alle an sie gestellten Anforderungen, bot jedoch eine neue Herausforderung: Obwohl von größeren Kunden sehr gut aufgenommen, taten sich einige von ihnen damit schwer, einen rund dreifachen Preis im Vergleich zur Dragon A250 finanziell zu rechtfertigen. „Wir brauchten ein Produkt, das die Lücke ausfüllte“, berichtet Merry. „Wir wussten, welches Preissegment wir anvisieren wollten, und mussten unsere Herstellungskosten im Prinzip halbieren, ohne aber die Produktionsqualität zu gefährden.“

Einsparpotentiale aufdecken

Die Dragon-Maschinen von Bend-Tech bestehen aus drei Hauptkomponenten: einem Grundrahmen, einem Schneid- und Markierwerkzeugkopf und einem softwaregeregelten Betätigungssystem, das die Werkzeugbewegung steuert. Nachdem beschlossen wurde, an den neu zu entwickelnden Systemen auf einige Funktionen zu verzichten, wurden die Einsparmöglichkeiten an den Linearantrieben ins Auge gefasst.

Bend-Tech nutzt Thomson Linearaktuatoren für die gleichmäßige und präzise Achssteuerung seiner plasmabasierten Schneid-, Markierungs- und Gravursysteme.

„Thomson hat die Linearsysteme entwickelt, mit denen wir die Achssteuerung an unserer A400 realisiert haben. Also haben wir dort nach Ideen gefragt, wie wir ein System auf Produktionsebene zu einem günstigeren Preis herstellen können“, so Merry weiter. „Parallel haben wir auch bei anderen Linearsystem-Anbietern angefragt, aber wie schon in der Vergangenheit hatte Thomson wieder die ideale Lösung für uns parat.“

Diese Lösung umfasste eine kleinere, vereinfachte Ausführung des für die Aktorik der A400 konstruierten Systems, jedoch mit einem völlig andersartigen Antriebsmechanismus. In einer A400 arbeiten zwei Thomson 2DB-Lineareinheiten, die in einer Kreuzkonfiguration miteinander verschraubt sind, um die A- und Z-Achse zu betätigen. Die eine Einheit positioniert den Werkzeugkopf auf der horizontalen Ebene, während die andere die Schneid-, Markier- und Gravurwerkzeuge auf einer vertikalen Achse auf- und abbewegt. Betätigt werden die Achsen jeweils von einem 610-mm-Kugelgewindetrieb mit Schrittmotor. Bedingt durch die Länge der Spindel sind Stützlager an beiden Enden notwendig, während eine spezielle Kopplung die Verbindung mit dem Schrittmotor herstellt.

Mit Hilfe der kreativen, kostenorientierten Planungskompetenz von Thomson hat Bend-Tech die Dragon A250 entwickelt, um dem steigenden Marktbedarf gerecht zu werden.

Für die neue Dragon A250 begann Thomson mit einer kürzeren Welle: ein 280-mm-Gewindetrieb mit 152-mm-Antrieb machte die Abstützungen an beiden Enden überflüssig. Somit konnten die Ingenieure einen Schrittmotor-Linearantrieb mit angetriebener Spindel (SMLA) spezifizieren, dessen im Motor integrierte Lager die Last tragen. Und da Spindel und MLS-Rotor ein und dasselbe Bauteil sind, kann auch die externe Ankopplung der Spindel an den Motor entfallen.

„Die Art und Weise, wie Thomson die Komponenten konstruiert hat, ist wirklich raffiniert“, sagt Merry. „Sie halten die Kosten im Zaum, indem sie mit wenigen Bauteilen auskommen. Die Verwendung eines Motors mit integrierter Spindel anstelle eines Kugelgewindetriebs eliminiert die Kosten zur Verbindung von Spindel und Motor sowie der zugehörigen Stützvorrichtungen.“

Die kostengünstigere Antriebseinheit, die Thomson als Sonderlösung für Bend-Tech entwickelt hat, integriert einen Schrittmotor-Linearantrieb in die bisher verwendete Linearachse mit Kugelgewindetrieb. Die Thomson-Linearachsen werden kreuzförmig verschraubt, um den Plasmaschneidbrenner und die Markierungswerkzeuge zu bewegen, die hinter der rechts zu sehenden roten Platte angebracht sind.

Die neue Achssteuerungseinheit ist insgesamt kompakter als das an der A400 verwendete System, sieht aber mit Rundwelle, Lager, Blöcken und Schlitten dennoch sehr ähnlich aus. Die Tatsache, dass das neue System genauso aussieht wie eine kleinere Ausführung des Vorgängersystems, war laut Merry ebenfalls ein Verkaufsargument, da dies auf Kontinuität hindeutet.

Reduzierte Kosten für hohe Wiederholgenauigkeit

Im Betrieb ist das Betätigungssystem an einem Windows-PC angeschlossen, auf dem die CAD/CAM-Software läuft, in der die Konstruktionsparameter wie Längen, Biegewinkel, Drehungen und Werkstoffeigenschaften für jeden Kunden abgelegt sind. Das Achssteuerungssystem ruft diese Informationen ab und führt eine vorprogrammierte Sequenz durch, sodass sich das Werkzeug automatisch von Plasmaschneiden auf andere Funktionen der Teilebearbeitung umschalten lässt. Sowohl für die A400 als auch für die A250 müssen alle Schnitte und Markierungen eine Toleranz von ±0,25 mm einhalten.

Die CAD/CAM-Software der Dragon A250’ wird mit Konstruktionsparametern vorprogrammiert, die das Thomson Linearantriebssystem ansteuern und somit die Bewegungen der Lineareinheit und deren Wiederholgenauigkeit bestimmt.

Garanten für diese hohe Präzision sind Positionssensoren, die einen Nullpunkt festlegen und jede Abweichung davon erkennen. In der A400 ragten diese Sensoren seitlich aus der Lineareinheit heraus. Die gesamte Verkabelung befand sich in einem handgriffartig geformten Gehäuse aus extrudiertem Aluminium, das über die komplette Länge der Einheit verlief. Demgegenüber hat Thomson im Design der A250 die gesamte Mimik der Endlagenschalter in die Systemelektronik zusammengeführt, eine Aufnahmetasche in den Endblock eingearbeitet und eine Gewindebohrung vorgesehen, in die sich der Sensor einschrauben lässt. Die Realisierung der geforderten Genauigkeit auf diese Weise ohne externe Anbauten ermöglichte eine weitere Reduzierung der Systemkosten.

Sensoren statten die A250 mit hoher Wiederholgenauigkeit, Präzision und Zuverlässigkeit aus, während sie die Kosten des Systems reduzieren, da keine Sensorhalterung an der Seite der Lineareinheit montiert werden muss.

Ein weiterer Faktor der laut Merry „punktgenauen“ Zuverlässigkeit, ist die vorgespannte Trapezgewindemutter. Die werksseitige Ausrichtung der Spindel und der Mutter aus Polymer-Verbundwerkstoff resultiert in einem deutlich geringeren Axialspiel verglichen mit dem Original-Gewindetrieb, der eine Standard-Spritzgussmutter verwendet.

Auf Erfolg programmiert

Am selben Tag, an dem Bend-Tech die Verfügbarkeit des Dragon A250 bekanntgab, wurde das Modell sofort viermal verkauft und erfreut sich seitdem einer konstant hohen Nachfrage. Einige mittelständische Kunden, die bislang manuelle Verfahren genutzt hatten, rechnen mit einer über 500-prozentigen Steigerung ihrer Produktivität. Und angesichts eines pandemiebedingt befeuerten Interesses an Outdoor-Aktivitäten, aber auch der Aussichten auf einen Bauboom bei Erholung der Wirtschaft, ist Bend-Tech für einen nachhaltigen Erfolg perfekt aufgestellt.

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