Motion Control Maschinenhydraulik dezentral regeln

Für die Hydraulikfunktionen einer vollautomatischen Pressenanlage liefert Rexroth dezentral intelligente Motion Controls, die die Ventile optimal regeln.

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Für die Automobilindustrie steht eine Zeitenwende an. Nahezu alle Hersteller produzieren entweder bereits vollelektrische und hybrid angetriebene Fahrzeuge oder bereiten den Produktionsstart vor. Damit gewinnt das Speichermedium Hochleistungs-Batterie viel schneller eine Schlüsselrolle als noch vor wenigen Jahren erwartet. Parallel zur Entwicklung immer leistungsfähigerer Batterien müssen Zulieferer und Automobilhersteller von der Prototypen- und Vorserienproduktion auf die Großserienfertigung umstellen. Die Verarbeitung neuer Werkstoffe wie Keramik und Pulvermetalle sowie höchste Güteansprüche erfordern dabei eine ebenso prozesssichere wie wirtschaftliche Maschinentechnologie.

Als ein Verfahren setzt sich aktuell das isostatische Pressen von Keramikpulver in unterschiedlichen Zusammensetzungen durch. Beim isostatischen Pressen werden pulverförmige Werkstoffe genau dosiert in eine Form eingefüllt. Anschließend presst eine Wasser-Öl-Emulsion mit bis zu 2.000 bar auf eine umhüllende Gummitasche. Dieser von allen Seiten gleichmäßige Druck führt zu einer sehr hohen Homogenität des Materials, eine wichtige Anforderung leistungsfähiger Batterietechnik.

Dezentrale Intelligenz für modularen Aufbau

Für dieses Produktionsverfahren hat Dorst Technologies mit der IPM 40/3 eine modulare Fertigungszelle entwickelt, die die Vorteile des isostatischen Pressens für die Großserienfertigung erschließt. „In dieser vollautomatischen Anlage kombinieren wir bis zu drei parallel arbeitende Pressenmodule für eine kontinuierliche Formgebung mit gleichmäßigen Dichteverhältnissen“, hebt Günter Bergel, Projektleiter von Dorst Technologies hervor. Dabei koordiniert die zentrale SPS die drei Pressenmodule sowie die Automatisierung und die Sicherheit der Anlage. Für die Hydraulikfunktionen haben wir einen dezentralen Ansatz gewählt und nutzen in jedem Pressenmodul die NC-Funktionalitäten der Rexroth HNC100-3X“, erläutert der Projektleiter. Darüber hinaus erreicht Dorst Technologies so einen streng modularen Aufbau. Anwender können zunächst mit einem Pressenmodul beginnen und dann einfach mit dem Hochlauf der Produktion weitere Pressenmodule in die Fertigungszelle integrieren.

Kontrollierter Druckabbau

In jedem Pressenmodul regelt eine Motion Control vorgesteuerte und direkt gesteuerte Regel-Wegeventile mit elektrischer Rückführung für die Prozessbewegungen. Bei dieser Systemlösung von Rexroth berücksichtigt die Software WINPED7 der HNC100-3X bereits in den Grundeinstellungen alle Besonderheiten der Fluidtechnologie. Dorst Technologies bindet die digitalen Regelgeräte über Profibus an die Anlagen-SPS an. Die Kommunikation, d. h. der Austausch von Signalen, Parametern, Meldungen und Daten zwischen der SPS und den HNC-Baugruppen, läuft über den Feldbus.

Die kompakte Regelelektronik im Controller-Format positioniert die Pressenhauptachse mit 400 kN Schließkraft zum Füllen, Verschließen des Werkzeugs und Entformen des Pressteils. „Die Hydraulik fährt den Oberkolben geregelt auf mehrere Positionen“, erklärt Günter Bergel. Das Ultraschall-Messsystem sorgt dabei für eine Auflösung im 1/100mm-Bereich. Die zweite Achse steuert den Druckumformer für die Emulsion. Beim von Dorst Technologies in dieser Maschine eingesetzten kaltisostatischen Verfahren ist es wichtig, den Druck zu Prozessbeginn so schnell wie möglich aufzubauen. „Da profitieren wir von der Dynamik des Ventils und können innerhalb einer Sekunde den Druck von 2.000 bar aufbauen“, so Günter Bergel. Die HNC spricht dazu das direkt gesteuerte Rexroth Wege-Regelventil 4WRPE10 an. Danach beginnt der kontrollierte Druckabbau in mehreren Stufen. „Das Werkstück muss ‚aufatmen‘, das ist eine entscheidende Größe für die Maßhaltigkeit der Pressteile“, betont der Projektleiter. Insgesamt beträgt die Zykluszeit pro Pressteil rund 45 Sekunden.

Schnelle NC-Programmierung

Bei der Programmierung der NC-Funktionalität unterstützten Rexroth Spezialisten den Pressenhersteller. Erweiterte Hochleistungs-Hydraulikregler mit darauf zugeschnittenen NC-Befehlen vereinfachen dabei die schnelle Umsetzung auch komplexer Aufgaben. Umfangreiche Kurvenfunktionalitäten sowie erweiterte Diagnosemöglichkeiten gewährleisten hochdynamische und präzise Bewegungen. Die Parametrierung und Diagnose der jeweils mit eigener Visualisierung ausgerüsteten Pressenmodule erfolgt wahlweise über die Anlagen-SPS oder die Ethernet-basierte Serviceschnittstelle. Dabei erleichtert die Bedien- und Parametriersoftware WIN-PED7 die Arbeit. Die Funktionen und Dialoge von WIN-PED7 basieren auf den Anwendungserfahrungen von Bosch Rexroth mit mehreren tausend Achsen in unterschiedlichsten Maschinen.

Die Ethernet TCP/IP Kommunikation überträgt wesentlich mehr Daten als serielle Schnittstellen und verbindet mehrere Geräte. Auf Kundenwunsch kann Dorst Technologies auch per Internet Fernwartungsaufgaben übernehmen. Über die Diagnosedaten der eigentlichen Hydraulik erfüllt die Ethernet-Kommunikation eine weitere wichtige Aufgabe: Anwender erfassen damit auch die Prozessdaten für die Qualitätsdokumentation. Bosch Rexroth setzt bei der HNC100-3X wie bei allen intelligenten Automationskomponenten auf offene Schnittstellen zu allen gängigen Kommunikationsstandards. Die HNC100-3X unterstützt zusätzlich zu der Schnittstelle PROFIBUS DP auch den Automatisierungsbus sercos sowie PROFINET RT und Ethernet/IP.

Flexibel und energieeffizient

Ein großer Vorteil der dezentral intelligenten Pressenmodule: Anwender können schnell auf andere Werkstoffzusammensetzungen umstellen oder in den einzelnen Pressmodulen verschiedene Materialien parallel verarbeiten. Dorst Technologies hat in die Anlagensteuerung eine Rezepturverwaltung integriert, die eine Produktionsumstellung auf wenige Tastendrücke reduziert. Über Feldbus empfangen die HNC100-3X die neuen Parameter und setzen sie um.

Ein zentrales Hydraulikaggregat versorgt die drei Pressenmodule mit 300 bar Betriebsdruck. Das energieoptimierte Antriebskonzept minimiert den Anteil des weniger effizienten Teillastbetriebs. Dazu taktet die Anlagensoftware die Zyklen der drei Pressenmodule so, dass das Aggregat in der Serienfertigung gleichmäßig mit dem höchsten Wirkungsgrad arbeitet.

Die ersten Anlagen bewähren sich bereits im rauen Betriebsalltag. „Die Entscheidung, die ethernetfähige HNC100 einzusetzen, war das Beste was wir machen konnten", ist sich Günter Bergel sicher und Dorst hat bereits eine weitere Maschinenbaureihe auf die kompakte Motion Control von Rexroth umgestellt. Das Portfolio des Maschinenherstellers mit Stammsitz in Kochel am See umfasst isostatische, elektrische, hydraulische und mechanische Pulverpressen, Kalibrier- und Vakuum-Strangpressen sowie eine Reihe weiterer Produkte für die Hochdruckverarbeitung. (qui)

* Martin Endres, Johannes Neumann; Vertriebliches Produktmanagement Industriehydraulische Steuerungen, Elektronik; Bosch Rexroth

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