Positionierantriebe Präzise Formatänderungen smart automatisiert

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Um die gestiegene Variantenvielfalt bei geringsten Losgrößen bewältigen zu können, setzt ein Hersteller von Sondermaschinen auf kompakte Positionierantriebe. Sie kommen zum Einsatz, wenn manuelle Arbeitsplätze innerhalb einer Linie, bei denen genaue Formatänderungen nötig sind, automatisiert werden sollen.

Automatisierung, Industrie 4.0 und Big Data sind die großen Technologietrends im Industriebereich. Die Braun Sondermaschinen GmbH hat diese Trends frühzeitig erkannt und setzt sie zur Entwicklung vollautomatisierter Fertigungslinien ein – vor allem im Bereich Automotive und Elektromobilität –, um für ihre Kunden die Produktivität zu erhöhen und Einsparpotenziale zu realisieren.

Individuelle Konzepte und flexible Lösungen

Manuel S. Gander, M. Sc., Bereichsleiter Supply Chain Management und Material Management bei der Braun Sondermaschinen GmbH, erläutert die Anforderungen im Sondermaschinenbau: „Die automatisierten Fertigungslinien, die wir umsetzen, werden nach spezifischen und individuellen Kundenwünschen entwickelt – in der Regel als Prototyp und danach als angepasster Nachbau. Keine Anlage ist wie die andere; es gibt immer besondere Anforderungen.“

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Deshalb hat das Unternehmen z. B. das Modulare Automations-Konzept MAK entwickelt, einen Baukasten aus Soft- und Hardware. Zudem kommen smarte Komponenten zum Einsatz, die die Prozesse innerhalb der Anlagen noch effizienter und sicherer gestalten. Zu diesen Komponenten zählen auch die Positionierantriebe AG24 der Siko GmbH, Hersteller von Sensoren und Positioniersystemen. Sie ermöglichen einen automatisierten Formatwechsel für präzisere Verstellungen bei Produktwechseln und schnellere Umrüstzeiten.

Modulares Konzept vereinfacht die Konstruktion

Mit dem MAK will das Unternehmen eine gewisse Standardisierung ermöglichen. „Die MAK-Anlage besteht aus einer Alu-Traverse und einer Schutzumhausung. Hier werden je nach Kundenbedarf die einzelnen Prozesse modular eingeklinkt und ein Software-Paket über die Gesamtanlage gelegt. Auch nach Jahren können in diesem Konstrukt Prozesse ausgetauscht und geändert werden, ohne die gesamte Linie von Grund auf neu zu konstruieren“, erklärt Manuel S. Gander.

Automatisierung

Wie die Pharmaindustrie mit intelligenter Formatverstellung schneller umrüstet

Ein Aspekt, dem ebenfalls bei der Anlagenplanung Rechnung getragen wird, ist die gestiegene Variantenvielfalt, die Maschinen bei geringsten Losgrößen bewältigen können müssen. Kompakte Positionierantriebe ermöglichen hier eine automatisierte und schnelle Formatverstellung ohne großen Eingriff in SPS-Programme. Die Positionierantriebe AG24 von Siko kommen bei der Braun Sondermaschinen GmbH immer dann zum Einsatz, wenn manuelle Arbeitsplätze innerhalb einer Linie, bei denen genaue Formatänderungen nötig sind, automatisiert werden sollen.

Automatisierung manueller Arbeitsplätze

Ein Beispiel hierfür sind Wuchtungsanlagen (Montage- und Auswuchtmaschinen) für die Herstellung von Kühlungslüftern für die Automobilzulieferbranche. Bisher war das Wuchten ein manueller Prozess, bei dem der Sondermaschinenbauer bereits mechanische Positionsanzeigen von Siko für die manuelle Formatverstellung eingesetzt hatte. Mit dem Positionierantrieb AG24 lässt sich dieses Modul für die zunehmenden Modellvarianten schnell und präzise umrüsten. Bestehende manuelle Arbeitsplätze können auch dank einfacher Montage über die Hohlwelle mit einem Siko-Antrieb nachgerüstet werden.

Hohe Leistungsreserve dank hohem Drehmoment

Die Entscheidung für den Siko-Aktuator AG24 liegt zum einen in seinem hohen Drehmoment und den damit verbundenen Leistungsreserven begründet. Nicht immer ist dieser Leistungsumfang bei Anlagen vonnöten, aber die Reservemöglichkeit spielt eine große Rolle, z. B. wenn durch Verschmutzungen und Beanspruchung Komponenten schwergängiger werden und der Antrieb dann mehr Leistung bereitstellen kann. Auch können so die Wartungsintervalle verlängert werden, wenn der Antrieb nicht permanent an der Belastungsgrenze läuft.

Eine Alternative zu Positionierantrieben sind Servomotoren, die bei den meisten Prozessen ihre Berechtigung haben, jedoch weniger, wenn es auf Kompaktheit und manuelle Tätigkeiten ankommt. Beim AG24 sind alle wesentlichen Funktionen wie der bürstenlose Gleichstrommotor, Positionsgeber oder Leistungs- und Steuerungselektronik bereits im Gerät integriert. Er kann direkt mit der Maschinensteuerung verbunden werden, ist kompakt und verursacht keinen Verdrahtungsaufwand wie ein Servomotor, der zusätzliche Komponenten wie Frequenzumrichter oder Inverter erfordert. Der Positionierantrieb verfügt zudem über einen integrierten Absolutwertgeber, der jederzeit auch im stromlosen Zustand die Position erfasst und keine Referenzierung benötigt.

Für Jürgen Schuh, Manager Business Unit Changeover Solutions bei Siko, zeigen sich hier auch die Vorteile für einen Sondermaschinenbauer wie Braun: „Bei jedem Projekt liegt ein neues Lastenheft mit noch zusätzlich möglichen Varianten auf dem Tisch, das wieder spezielle Anforderungen beinhaltet. Mit dem AG24 hat die Braun Sondermaschinen GmbH ein Gerät in der Hinterhand, das dank der Funktionsreserve ein breites Feld von Anwendungen in der Formatverstellung bedienen und somit ein Standard-Tool sein kann.“

Positionsanzeige

Sichere Bedienerführung mit elektronischer Positionsanzeige

Zudem umfasst der Antrieb eine zusätzliche Sicherheitsfunktion dank der optionalen Federkraftbremse. Auch im stromlosen Zustand hält die Bremse die Achse in ihrer festgelegten Position – interessant ist diese Funktionalität beispielsweise bei senkrecht positionierten Spindeln, die ein gewisses Gewicht haben. Bei einem Stromausfall könnte das Gewicht nach unten drücken und der Antrieb ohne Stromversorgung nicht mehr gegenhalten. In diesem Fall wird die Bremskraft aktiviert und die Bremse packt beim Ausschalten automatisch zu und hält die Spindel fest.

Manuelle Einstellung direkt am Gerät

Manuel S. Gander überzeugt noch ein weiterer Aspekt des Siko AG24, auf den seine Kunden Wert legen: die Möglichkeit, den Antrieb nicht nur über Feldbus und die SPS zu steuern, sondern auch eine manuelle Einstellmöglichkeit direkt am Display des Geräts über Bedientasten nutzen zu können. Bei manchen Applikationen hat es durchaus Sinn, die Einstellung und Positionierung vorab per Teach-In manuell durchzuführen, d. h. mit dem Positionierantrieb sich nach und nach an das passende Maß heranzutasten und diese Positionen dann als Soll-Werte in der Maschinensteuerung abzuspeichern. So können die feinjustierten Positionen bei Inbetriebnahme direkt angefahren werden. Der Positionierantrieb AG24 vereint beide Aspekte, die manuelle Feineinstellung und den automatisierten effizienten Prozess.

„Aus Elektrokonstruktionssicht ist auch die Integration des Aktuators sehr unkompliziert inklusive der Einbindung in die Maschinensteuerung“, so Manuel S. Gander. „Wir nutzen in der Regel EtherNET oder EtherCAT, es stehen Siko-seitig aber auch zahlreiche weitere Schnittstellenstandards im Bereich Realtime-Ethernet sowie entsprechende Software-Tools zur Verfügung.“

Vorausschauende Wartung dank Diagnosedaten

Ein Aspekt, der laut Manuel S. Gander künftig auch bei seinen Kunden an Bedeutung gewinnen wird, ist die Erhebung und Auswertung von Daten an den Fertigungslinien, was von der Smart-Funktionalität des AG24-Positionierantriebs unterstützt wird. Der Antrieb kann abgesehen von der Positionsbestimmung zusätzliche Diagnosedaten wie die Stromaufnahme oder die Temperatur sowohl am Display anzeigen als auch über die Schnittstelle bereitstellen. Daraus lassen sich Rückschlüsse im Sinne der Predictive Maintenance ziehen und Wartungsintervalle vorausschauend planen. Der Antrieb unterstützt somit auch Anforderungen hinsichtlich Industrie 4.0 und Datenauswertung über KI.

Manuel S. Gander sieht in dieser Diagnosefähigkeit viel Zukunftspotenzial, denn seine Idee der idealen Automationslinie ist „die Anlage in der dunklen Halle, in der 24 Stunden, sieben Tage die Woche, 365 Tage im Jahr ohne Eingriff von menschlicher Hand produziert werden kann“. Diese Vision ist nicht mehr fern; für bestimmte Prozesse sind zwar immer noch menschliche Beurteilungen zwingend, aber je mehr unnötige, mühsame oder fehlerbehaftete Prozessschritte automatisiert werden können, desto effizienter kann die Produktion erfolgen. Für den Sondermaschinenbauer ist klar: „Die Vollautomatisierung nimmt nicht nur stetig zu, sie wird zum Standard in der industriellen Produktion.“ Dabei spielen intelligente Peripheriebausteine wie die Positionierantriebe eine immer größere Rolle.