Eine Publikation der Binkert Medien AG
Softwarebausteine erleichtern die Programmierung der Heissprägemaschine : 05.10.2016

Auf Kunststoff geprägte Chromleisten

Innerhalb von fünf Monaten entwickelten und bauten die Mitarbeiter der Madag Printing Systems AG eine neue Heissprägemaschine für Kunststoffteile aus der Automobilindustrie. Sie griffen auf die Erfahrungen mit Baugruppen von Maschinen für die Kosmetikbranche zurück, um die Komponenten des Fahrzeug­interieurs mit Prägefolien zu veredeln.

Bilder: Siemens

Chromleisten und glänzende Rahmen verleihen einem Autointerieur ein edles Aussehen. Echte Chromleisten werden aber immer seltener, und stattdessen durch alternative Veredelungsverfahren ersetzt, etwa das Heissprägen mit Folien. Dazu presst man eine dünne Metallschicht auf die Kunststoffteile, um den hochwertigen Touch zu erhalten. Bisher hat man die Metallisierung auf den Kunststoff aufgedampft. Bei diesem Verfahren schlägt sich in einer Vakuumkammer der eingebrachte Metalldampf auf dem Bauteil nieder. Dieses Verfahren ist jedoch aufwendig und teuer.

Der Kosmetik abgeschautes Verfahren

In der Kosmetik, wo Tuben, Verschlüsse, Flaschen oder auch Cremedosen mit einem metallischen Look veredelt sind, setzte sich das Prägeverfahren mit Folien durch: Ein heisser Stempel drückt die Metallschicht von einer Folie auf den Kunststoff. Die Firma Madag in Fahrweid bei Dietikon entwickelt entsprechende Heisspräge­maschinen. Im Frühling 2015 präsentierte Xaver Stöckli, Geschäftsleiter der Madag, eine modulare Hubprägemaschine einem Kunden aus der Automobil-industrie.

«Bestehende Heissprägemaschinen für grosse Teile funktionierten bisher fast ausschliesslich pneumatisch oder hydraulisch. Wir setzen nun auf Servomotoren und verzichten ganz auf die Pneumatik», sagt Stöckli. Die Ingenieure begannen die Entwicklung auf der sogenannten grünen Wiese. Sie besprachen mit dem Kunden, was er genau braucht. Trotzdem musste die Maschine innerhalb von fünf Monaten entwickelt und gebaut werden. «Früher hätte eine solche Entwicklung viel länger gedauert», sagt Stöckli. «Heute verwenden wir sowohl für die Steuerung als auch für die Mechanik ein bewährtes Grundkonzept, weshalb wir viel schneller agieren können.»

Anstelle verschiedener Steuerungen installiert Madag konsequent die Motion-Control-Steuerung Simotion D und Sinamics-Antriebe. Als Motoren setzt die Firma nur Servomotoren ein, auch um die Instandhaltung und Wartung zu vereinfachen. Schrittmotoren wären auf den ersten Blick für einzelne Funktionen günstiger. Stöckli widerspricht aber: «Längerfristig, wenn man auch den Support und die Fernwartung beachtet, ist ein integriertes System immer günstiger.»

Der Softwarebaustein enthielt bereits alle benötigten Funktionen

Zum gewünschten Datum war die Heissprägemaschine fertiggestellt. Die Kunststoffteile werden von Hand in die Teileaufnahmen auf einem Drehtisch eingelegt. Auf dem Weg zum Prägestempel kontrolliert zuerst ein Zeilensensor, ob das Werkstück korrekt in der Aufnahme liegt. Dann entfernt ein Strahl ionisierter Luft allfälligen Staub von der Oberfläche. Damit ist das Kunststoffteil bereit für das Heissprägen. Ein aufgeheizter Prägestempel aus Silikon überträgt die Metallschicht der Folie auf die Teileoberfläche. Mit bis zu vier Tonnen Druck, die mit einer Spindel über einen Servomotor erzeugt werden, drückt er die Metallschicht auf den Kunststoff und die Trägerfolie lässt sich daraufhin abziehen.

Die Software für die Steuerung programmierte Guillermo Modena, Entwickler bei Madag, innerhalb von zwei Wochen: «Da wir immer dieselbe Hardware einsetzen, konnte ich bestehende Softwaremodule von anderen Maschinen nutzen wie auch die Softwarebausteine von Siemens, beispielsweise die Temperaturregelung für den Prägestempel oder die Torque-Regelung für das Prägen.» Damit kann man die Kraft auf den Stempel exakt limitieren – der Antrieb regelt die Werte über den Servomotor. «Üblich wird der Stempel pneumatisch oder hydraulisch heruntergedrückt – einfach von Anschlag bis Anschlag», so Modena. Servomotoren führen den Stempel nicht nur präziser, er wird im laufenden Betrieb auch lediglich knapp über die Folie zurückgezogen und fährt nur für längere Pausen ganz zurück in die Parkposition. Letzteres ist nötig, um die Folie durch die Wärme nicht zu beschädigen.

Ein weiterer Softwarebaustein, den Guillermo Modena nutzte, ist der «Simotion Winder» für das Handling der Folie. Dieser berechnet automatisch die Durchmesser der Rollen, um den exakten Vorschub und den richtigen Zug einzustellen. Hinzu kommt, dass die Folie während dem Prägen entspannt auf dem Werkstück liegen muss und erst nachher wieder angezogen wird. «All diese Funktionen waren bereits im Softwarebaustein enthalten, was die Implementation wesentlich erleichterte», so Modena.

Die effizient entwickelte Maschine liegt auf Erfolgskurs

Eine Simotion D steuert die Servoachsen. Sie bearbeitet sämtliche Motion-Funktionen sowie die ganze Applikationssoftware. Der Antriebsbus Drive-Cliq leitet die Sollwerte an die Sinamics-S120-Antriebe. Um das Mengengerüst von 13 Achsen zu meistern, hat man die Simotion D mit zwei Controller Extensions CX32-2 erweitert.

Die mechanischen Bauteile lässt Madag bei externen Zulieferern fertigen. Hier ist Präzision gefragt, denn der Drehtisch muss die Position auf den Hundertstelmillimeter genau treffen, damit der Stempel die Folie immer genau am richtigen Ort auf das Werkstück drückt. In den Hallen von Madag montiert man mittlerweile schon die zweite Maschine. Xaver Stöckli ist zuversichtlich, dass das Unternehmen schon bald mehrere solcher Maschinen verkaufen wird. 

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In der Heissprägemaschine drückt ein aufgeheizter Silikonstempel die metallisierte Folie auf den Kunststoff, wo die Metallschicht haften bleibt


Die Servoachsen werden von einer Simotion D gesteuert. Sämtliche Motion-Funktionen sowie die ganze Applikationssoftware werden von dieser Steuerung bearbeitet


Eingesetzte Technik in Kürze

Ein Controller Simotion D445-2, der mit zwei Extensions CX-32-2 erweitert wurde, steuert die Sinamics-S120-Antriebe mit den Simotics-S-Servomotoren. Die Heissprägemaschine bedient man komfortabel über ein 15"-Comfort-Panel. Sowohl das Touchpanel als auch die Ein- und Ausgabemodule werden über Profinet angesteuert. Eine integrierte Safety garantiert die notwendigen Sicherheitsfunktionalitäten. Die Software wurde in der Simotion-Scout-Plattform programmiert.

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