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antriebstechnik 8/2021

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antriebstechnik 8/2021

ELEKTROMOTOREN E-MOTOREN

ELEKTROMOTOREN E-MOTOREN FÜR WERKZEUGMASCHINEN GESTANZTE MUSIK ZUM DURCHDREHEN Passgenaue Antriebstechnik für eine Vielzahl an Anwendungen: Ein professioneller Drehorgelspieler betreibt mit voll integrierten SmartMotor-Servos von Moog Animatics eine selbstentwickelte CNC-Maschine. Diese stanzt komplexe Musikstücke auf Lochbänder für Drehorgeln. Die Drehorgel verfügt analog zur großen Schwester Kirchenorgel – der Königin der Musikinstrumente – über Pfeifen in unterschiedlichen Tonhöhen und Klangfarben: bei nur einem Klangregister zwischen 16 bis 54 Stück, bei mehreren Registern auch entsprechend mehr. Luft, oder besser „den Wind“, erhalten die Pfeifen und auch die Steuerungsventile über ein Balgsystem, das über die Kurbel angetrieben wird. Im Gegensatz zur großen Kirchenorgel besitzt eine Drehorgel jedoch keine Tastatur. Findige Instrumentenbauer kamen bereits vor über 500 Jahren auf die Idee, das Spielen der Pfeifen zunächst über Stiftwalzen, später auch über ein Lochband aus dickerem Papier oder Karton anzusteuern, das über die Tonabnehmer- Lochleiste geführt wird. Traditionell erfolgt die Produktion der Lochbänder in aufwändiger Handarbeit. Der professionelle Drehorgelspieler Winfried Klein aus Isen hat diesen Vorgang jedoch durch eine selbstentwickelte CNC-Maschine automatisiert und vereinfacht. Jörn Jacobs ist Fachjournalist/Technological Influencer bei der IHW Marketing GmbH in Bad Camberg LOCHMUSTER FOLGEN DEM DIGITALEN 0-1-PRINZIP „0“, also ein Loch im Band, ermöglicht die Leitung des Windes zum Ventil und den Ton der jeweiligen Pfeife, „1“, das geschlossene Papierband verhindert die Strömung, die Pfeife bleibt stumm. Man stelle sich eine Papierbahn vor mit quasi 16 bis 54 Spuren – in Querbahnrichtung liegt die Information, welche Pfeife pro Zeiteinheit angesprochen wird, in Längsrichtung, wie oft im Stück die jeweilige Pfeife adressiert wird bzw. durch direktes Anreihen von Löchern, wie lange der Ton gehalten wird. Diese Papierbahn wird aufgerollt und enthält auf diese Weise bei 28 m Bahnlänge ca. acht Minuten Musik. Da eine Drehorgel nicht die gesamte stufenlose Tonskala zur Verfügung hat, müssen Musikstücke für Drehorgeln zuerst adaptiert bzw. neu arrangiert werden. Im zweiten Schritt wurden mit handwerklichen Mitteln, sprich Hammer und kleinen Stanzbolzen die Löcher in die Papierbahn geschlagen – ein mühsames und zeitraubendes Unterfangen, vom Anspruch an die Genauigkeit der handwerklichen Arbeit ganz zu schweigen. Mit dem Weg in die Computerisierung ergab sich zuerst die Option, komfortabler und schneller Musikstücke für Drehorgeln umzusetzen und zumindest als Arbeitserleichterung das Lochmuster als Vorlage auszudrucken. Elektromechanische Hilfsmittel erleich- 26 antriebstechnik 2021/08 www.antriebstechnik.de

ELEKTROMOTOREN Die voll integrierte Bewegungssteuerung der drei Servomotoren generiert den Vorschub der Papierrolle, den Verfahrweg des Stanzwerkzeugs und das Stanzen selbst terten den Kraft-Aspekt der Stanze, aber die genaue Positionierung der Papierbahn blieb viele Jahre Handarbeit. Doch der Erfindergeist des professionellen Drehorgelspielers Klein war geweckt. ANSPRUCHSVOLLES STANZEN BEI GERINGEM STROMVERBRAUCH Um Lochbänder für Musikstücke durch einen automatisierten Stanzvorgang herzustellen, müssen diverse maschinelle Manöver getätigt werden. Ein Vorschub bewegt die Papierbahn, während in Zwischenschritten quer zur Bahn positioniert und gestanzt wird. Im Wortlaut arbeitet eine solche Stanzmaschine dann etwa so: „Setze das erste Stück Vortrieb – bin an Position – jetzt quer zur Bahn fahren – an den relevanten Stellen genau anhalten – hier stanzen – Stanze ist wieder aus dem Papier gezogen – fahre an nächste relevante Stelle – usw.“ Die ganze Befehlskette, zugehörige Statusmeldungen plus genaueste Positionierung bei gleichzeitig möglichst geringem elektrischem Verbrauch zeigen das Anspruchsniveau dieser besonderen Applikation. Klein entwickelte die automatisierte Stanzlösung mithilfe der voll integrierten SmartMotor-Servos von Moog Animatics. Die Stanzmaschine erhält ihre Befehlssequenz über die Midi-Schnittstelle des PCs (Midi ist die Norm, in der digitale Musikinstrumente oder Musiksoftware miteinander kommunizieren). Auf dem Trägergerüst aus Normbauteilen arbeitet ein XYZ-Portal (Vorschub, Querschub, Stanzen) wie eine CNC-Maschine mit hoher Genauigkeit. Drei voll integrierte SmartMotor-Servos generieren die Bewegungen der Papierrolle, den Verfahrweg des Stanzwerkzeugs und das Stanzen selbst. Verschiedene Breiten an Papierbändern sind einstellbar. Je nach Musikstück werden oft 50 000 und mehr Löcher in die Papierbahn gestanzt – eine enorme Arbeitserleichterung im Vergleich zur händischen Bearbeitung. Jedes Motorgehäuse der SmartMotor-Servos beinhaltet einen BLDC-Motor mit hoher Leistungsdichte, einen vollwertigen Antriebsregler, einen Leistungsverstärker, einen hochauflösenden Drehgeber und freidefinierbare Ein- und Ausgänge. Damit entfallen sämtliche Feedback- und Steuerungskabel, I/O-Blöcke und Schaltschränke. Die Kommunikation der SmartMotor-Servos untereinander regelt den Ablauf völlig eigenständig. OPTIONALE FUNKTION Da sich der Rollendurchmesser beim Kurbeln des Papierbandes kontinuierlich verändert, die „transportierte Musik“ so beim Aufwickeln auf die Kurbelspule immer dicker aufträgt und dadurch schneller wird, gleicht der erfahrene Drehorgelspieler diesen „Spiralverzug“ genannten Effekt durch dynamische Änderung seiner Kurbeldrehung aus. Es besteht aber ebenfalls die Möglichkeit, diese Dynamik bereits in der Papierbahn bzw. der Stanzfolge zu berücksichtigen, einerseits über die Software, andererseits in den Elektroniken der integrierten SmartMotor-Servos. Mittels dieser Funktionalität lassen sich auch Bänder herstellen, die in (gleichmäßig) motorisch angetriebenen Drehorgeln Verwendung finden. In der Realisierung dieser Maschine stecken jedenfalls viele Jahre gemeinsamer Arbeit zwischen dem Drehorgelprofi und Erfinder Klein und den Ingenieuren bei Moog Animatics. Zugleich ist es nur ein Beispiel, wie SmartMotor-Servos für Aufgaben der Automatisierung und Digitalisierung eingesetzt werden können. Fotos: Aufmacher: Moog GmbH, Winfried Klein; 01: Winfried Klein www.drehorgellieder.de www.animatics.com DIE IDEE „Während andere Hersteller die Papierbänder/-rollen mit den einmal zusammengestellten Stücken unter großem Platzverbrauch auf Vorrat lagern, nutze ich die digitalen Vorteile: Aus weit über 5 000 gespeicherten Musikstücken kann ich individuelle Auswahlen zusammenstellen und mittels der automatisierten Stanze ein neues Papierband in kurzer Zeit je nach Wunsch abrufen und herstellen, ganz ohne ‚Rollen-Lager‘.“ Winfried Klein, professioneller Drehorgelspieler, Isen www.antriebstechnik.de antriebstechnik 2021/08 27

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