힘과 포지셔닝과 위한 SMC 드라이브

터보차저 컴프레서가 전기 모터로 구동된다. 이러한 모터를 제작하기 위해 Riedmayer Engineering & Maschinenbau가 모든 공정이 전기로만 구동되는 반자동 제조셀을 개발하였다. 여기에서 공작물의 포지셔닝과 연결을 전기 실린더가 담당한다.

라이문트 바우어(Raimund Bauer): SMC Deutschland GmbH 판매 엔지니어

핵심 내용

  • Riedmayer는 터보차저용 전기 모터를 제작하기 위해 전기 축이 있는 두 개의 조립 및 벤딩 스테이션을 개발하였다.
  • 이전에는 자체 설계한 리니어 모터를 사용하였지만, 동적 포지셔닝과 강력한 추진력을 제공되는 토탈 솔루션이 필요했다.
  • SMC가 스테퍼 모터와 컨트롤러를 적용한 LEY 드라이브로 이러한 사양을 구현하였다.

자동차 운전자들은 내연기관에서 출력 저하 없는 높은 효율을 기대한다. 이를 구현하기 위해 터보차저 엔진을 개발하였다. 엔진에 터보차저를 연결하여 흡입 공기를 압축하고 산소를 풍부하게 압축한다. 이는 엔진 내 연소 효율을 높일 뿐만 아니라 성능도 향상시킨다. 통합 전기 모터는 배기가스 배출 외에 터보차저를 구동한다. 이때 최대 성능을 위해 코일은 하우징에 정밀하게 배치되고 전기 접점이 정확하게 구부려야 한다. Riedmayer의 특수 기계 엔지니어들이 이를 위해 두 개의 조립 및 벤딩 스테이션을 개발하였다. 여기에 SMC의 적절한 컨트롤러와 LEY 시리즈 전기 실린더가 자유롭게 프로그래밍할 수 있는 필수 정밀도를 보장한다.

Riedmayer Engineering & Maschinenbau GmbH는 개발과 설계 그리고 제조 등 세 가지 분야에서 다양한 노하우를 가지고 있다. 2003년 프리드리히스하펜에 설립된 이 회사는 특수 기계 엔지니어링을 전문이며, 고객 별로 맞춤 솔루션을 제공한다. 현재 8명의 연구원들이 자동차와 우주 항공 그리고 선박용 엔진을 설계하고 제조하고 있다.

코일을 장착하고, 접점을 구부린다. 그것도 고도로 정밀하게

SMC의 전기 축은 코일과 하우징을 Riedmayer Engineering & Maschinenbau의 조립 스테이션으로 가져오고, 완성된 공작물을 확인한다.

터보차저용 전기 드라이브는 출력에 따라 다양한 코일을 포함한다. 코일은 이 과정에서 최대 출력을 달성하기 위해 모터 하우징에 정확하게 배치되어야 있다. 모터가 장기간 원활하게 작동하기 위해서는 연결 접점도 정확하게 구부러져야 한다. Riedmayer는 이를 위해 반자동 조립 및 벤딩 스테이션을 설계하였다. 이 스테이션이 개별 코일을 조립하고 접점 탭을 정밀하게 구부린다. 두 시스템 모두 제품의 여러 변형을 구분하여 작업한다. 제품 변형은 자동으로 감지되고 해당 매개변수는 PLC를 통해 SMC의 컨트롤러와 비교한다.

적은 비용으로 많은 양을 생산하기 위해서는 재현 가능한 빠른 공정이 필요하다. Riedmayer는 효율적인 제어 시스템으로 이를 구현했다. 작업자는 조립할 부품을 소켓에 배치하기만 하면 자동 사이클이 셀을 닫고 고정자 하우징은 유도 가열이 시작된다.

여러 개의 전기 축이 두 개의 Riedmayer 스테이션을 구동한다. “자동차 산업이 요구하는 공정 정확도를 달성하기 위해서는 매우 빠르고 동시에 유연하고 정확하게 배치 가능한 솔루션이 필요합니다.”(지구라트 Riedmayer 전무이사) 지금까지 이 회사는 자체 설계한 선형 드라이브용 컨트롤러를 구입했다. “이렇게 하면 매개변수를 완전히 제어할 수 있지만 작업 시간이 너무 많이 듭니다. 그리고 다른 중요한 작업에 할애할 수 있는 시간이 필요했습니다.”(지구라트 리트마이어)

Riedmayer는 토탈 솔루션을 구현할 수 있는 공급업체를 찾고 있었다. 이와 관련하여 다른 요건도 있었다. 동적 인피드 외에도 접점을 구부리고 코일을 결합하려면 강력하고 프로세스를 모니터링하는 푸시 작업이 필요하다. 따라서 두 개의 다른 드라이브가 일반적으로 구현하는 것(하나는 위치 결정 모드, 하나는 힘 모드)을 하나의 구성 요소가 수행해야 했다. 컴팩트한 치수와 모터의 모듈식 배열 역시 기본이었다. SMC는 스테퍼 모터가 있는 LEY 드라이브와 상위 수준의 시스템 제어에 통합하기 위한 Profinet 인터페이스가 있는 적합한 컨트롤러로 이러한 요건을 충족한다.

고도로 개발된 설계를 통해 Riedmayer Engineering & Maschinenbau의 두 조립 및 벤딩 스테이션은 터보차저용 전기 드라이브 생산을 자동화하였다.

운송 도구와 공작물 그리고 카운터 홀더

코일 조립은 다음의 여러 단계 프로세스로 이루어진다.

• 먼저 작업자가 빈 모터 하우징과 6개의 낱개 코일을 각각의 홀더에 놓는다. 이들은 포카요케 원리에 따라 오류 없는 조립 및 가공이 가능하다.

• 자동 사이클에서 수직 축은 모터 하우징을 인덕터로 옮기고, 인덕터는 모터 하우징을 가열하여 확장한다. 동시에 턴테이블의 수평 드라이브가 6개의 코일을 결합 위치로 가져온다.

• 몇 초 후에 모터 하우징이 준비되고 수직 축이 배치된 코일 아래로 모터 하우징을 옮긴다. 릴 홀더의 독창적인 구조로 릴을 하우징으로 직접 옮길 수 있다.

마지막으로 수직 축은 푸시 모드에서 올바른 결합 깊이를 제어한다. 이후 완성된 어셈블리와 함께 완전히 뒤로 이동하여 롤러 컨베이어에 놓는다. 접점 벤딩 스테이션은 3개의 추가 전기 축이 사용하며, 벤딩 도구와 카운터 홀더를 이동시키고 세팅 상태를 점검한다. 그런 다음 PLC가 해당 벤딩 프로그램을 활성화한다. 이 제어 프로세스는 재료, 조립 및 배선 비용을 크게 줄이고 소프트웨어 요건과 다운타임을 줄인다.

SMC의 자동화 팀은 전기 드라이브 및 컨트롤러 외에도 Riedmayer 프로젝트에 노하우를 제공한다. ” 우리는 Riedmayer의 설계자들과 함께 시스템 개념을 단계별로 최적화했습니다. Riedmayer는 컨트롤러, 드라이브 축 및 프로그래밍 케이블로 구성된 완전한 테스트 장치를 사전에 SMC로부터 받았으며 이를 광범위하게 테스트할 수 있었습니다.”(라이너 셰펜아커, SMC 전기 제품 포커 요케 응용 프로그램 관리자). 선형 드라이브의 스테퍼 모터는 폐쇄 제어 루프를 통해 제어된다. “이는 드라이브를 언제든지 정확하게 배치할 수 있는 방법입니다.”(라이너 셰펜아커)

또한 LEY 드라이브는 다재다능하다. 위치 지정과 강제 모드 사이에서 빠르게 전환할 수 있으므로 Riedmayer의 두 가지 핵심 요구 사항을 결합할 수 있다. 이렇게 하면 설계가 수월해지고 사용하는 드라이브 수가 절반으로 줄어든다. 실린더의 엔진 브레이크는 추가적인 안전을 제공한다. 기계가 예기치 않게 멈출 때 개입하여 전기 축을 현 위치에 고정할 수 있다. 사용하는 JXCP 컨트롤러도 경제적이다. 배전반에서 공간을 거의 차지하지 않으며 자유롭게 프로그래밍할 수 있으므로 모든 드라이브와 함께 사용할 수 있도록 매개변수를 신속하게 설정할 수 있다. “이를 통해 예비 부품 공급도 최소화할 수 있습니다.”(라이너 셰펜아커). 응용 분야에 최적화된 전체 패키지는 이전에 사용했던 자체 제작 드라이브에 비해 필요한 비용과 시간을 크게 줄일 수 있다.

SMC의 전기 드라이브 및 JXCP 컨트롤러를 사용하여 반자동 생산 스테이션은 전기 모터의 접점을 안전하고 정확하게 구부린다.

조립 어플리케이션을 위한 다목적 전기 실린더

Riedmayer는 “자유롭게 노하우를 교환하고 두 개의 새로운 조립과 벤딩 스테이션 설계 과정에서 협업에 대한 확신을 갖게 되었습니다. 여기에 설계와 시운전 단계에서 원활한 프로세스가 추가되었습니다.”(지구라트 리트마이어) 결과적으로 Riedmayer Engineering & Maschinenbau GmbH를 위한 다목적 솔루션이 탄생하였으며, 이는 터보차저용 전기 드라이브 조립 외에 제약 시험관과 알루미늄 프로파일 조립과 같은 다른 응용 사례에도 적용되었다. SMC의 국제적인 서비스와 네트워크를 통해 예비 부품을 빠르게 제공한다는 점도 간과할 수 없는 것이다.