Transportsystem Xplanar Transportprozesse komplett neu denken

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Die frei schwebenden Mover des Transportsystems Xplanar von Beckhoff können Bewegungen in sechs Achsen ausführen. Welche neuen Möglichkeiten dies bei der Konstruktion von Maschinen und Anlagen eröffnet und wie Xplanar erfolgreich integriert werden kann, beschreiben Johannes Beckhoff und Felix Schulte aus dem Produktmanagement Xplanar bei Beckhoff Automation im Interview mit konstruktionspraxis.

Inwieweit und wie stark verändert ein Transportsystem wie das Xplanar die Konstruktion einer Maschine/Anlage?

Johannes Beckhoff: Xplanar kann neben Transportaufgaben auch Handling- oder Bearbeitungsaufgaben übernehmen. Beispiele hierfür sind exaktes Positionieren oder auch Verfahren des Produkts innerhalb einer Bearbeitungsstation bzw. das das Ausrichten von Produkten. Xplanar ist dementsprechend nicht nur ein flexibles 2-dimensionales Transportsystem, das Produkte frei und individuell über die Fläche bewegen kann. Vielmehr sind echte 6D-Bewegungen (Achsen x, y, z, a, b, c) möglich, sodass sich mithilfe dieser Bewegungsachsen Teilprozesse zuvor notwendiger Stationen oder Maschinen direkt mit dem Transportsystem realisieren lassen. Dies reduziert deutlich den Mechanikaufwand in der Maschine, da viele Zuführachsen entfallen.

Felix Schulte: Der Arbeitsschwerpunkt des Maschinenbauers verlagert sich damit von der Mechanikkonstruktion für einzelne Aufgaben hin zur Programmierung der entsprechenden Softwarelösung als Bewegungsvorgabe für die Xplanar-Mover. Zudem verringern sich die Anforderungen an die mechanische Maschinenkonstruktion, denn die Xplanar-Kacheln erfordern lediglich ein einfaches Maschinenbett und lassen sich sehr leicht und bedarfsgerecht anordnen.

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Johannes Beckhoff: Und bereits vor der eigentlichen Konstruktion lassen sich Maschinenkonzepte mit Xplanar freier denken: Normalerweise verfügen Maschinen über einen linearen Produkttransport, d. h. Produkte können sich nicht überholen und alles muss äußerst exakt getaktet und aufeinander abgestimmt sein. Alle Prozesse müssen nahtlos ineinander übergehen und der langsamste Prozess bestimmt den Maschinendurchsatz. Das ist mit dem Xplanar komplett anders, denn Produkte bzw. Mover können sich überholen oder für die Bearbeitung an einer Station einfach zur Seite fahren, um den eigentlichen Haupt-Produkttransport nicht zu stören. Durch die Parallelisierung der Stationen oder Prozesse lassen sich sehr flexible Maschinen konstruieren, die unterschiedlich lange Bearbeitungsprozesse ohne Probleme ausgleichen können.

Antriebssystem

Neues Antriebssystem mit frei schwebenden Movern

Stellt die Integration von Xplanar bestehende Konzepte auf den Kopf, da das System völlig neue Transportwege eröffnet?

Felix Schulte: Um Xplanar möglichst erfolgreich einzusetzen, ist es wie erwähnt sinnvoll, einzelne oder vollständige Prozesse komplett neu zu denken. Je mehr Prozessabläufe durch Xplanar abgedeckt werden, umso einfacher wird der Maschinenaufbau und desto stärker kommen die Xplanar-Vorteile zum Tragen. Die Systemvorteile von Xplanar lassen sich aber auch bei einfachen Transportaufgaben nutzen, beispielsweise bei besonderen Hygiene-Anforderungen durch die schwebenden, also abriebfreien Mover-Bewegungen sowie die leichte Reinigbarkeit.

Wie sollte der Konstrukteur an die Planung der Integration von Xplanar in die Maschine/Anlage herangehen?

Johannes Beckhoff: Beginnend bei der anfänglichen Aufgabenstellung, kann man den Maschinenprozess in einzelne Transportwege und Stationen unterteilen. Daraus erstellt man – quasi wie ein Stadtplaner – ein geeignetes Straßennetz, z. B. eine große Hauptstraße mit vielen Abzweigungen, eine zusätzliche Überholspur oder Kreuzungen bzw. Weichen usw. Daraus ergibt sich das grundlegende Konzept. Danach lässt sich jede einzelne Station, also jeder Prozess, dahingehend analysieren, inwieweit sich die vielfältigen Xplanar-Eigenschaften zusätzlich nutzen lassen. Grundsätzlich kann man das Xplanar-System sehr einfach in 2D planen und die gewünschte Xplanar-Fläche aus den Kacheln nahezu beliebig aufbauen. Wenn das Xplanar-Layout finalisiert ist, kann ein Maschinenbett – auch mit Beispielen von der Beckhoff-Homepage – konstruiert werden.

Auf welche Punkte sollte man dabei besonders achten?

Felix Schulte: Das Maschinenbett sollte nach Möglichkeit aus Aluminium bestehen, um Einflüsse der in den Xplanar-Movern enthaltenen Permanentmagnete zu vermeiden. Kacheln können Je nach Applikation können die Xplanar-Kacheln auch mit nichtmagnetischen Materialien, z. B. Edelstahl für Umgebungen mit hohen Hygienanforderungen, abgedeckt werden.

Gibt es Tools, die die Planung vereinfachen, etwa Simulationen?

Felix Schulte: Über die Beckhoff Webseite steht die TwinCAT 3 Xplanar (TF5890) als Download kostenfrei zur Verfügung. Mit dieser Software kann das Xplanar-System einfach zusammengestellt und der gesamte Maschinenablauf programmiert und visualisiert werden. Auf diese Weise erkennt der Maschinenbauer direkt, ob sein Konzept funktioniert oder z. B. zur Engstellenbeseitigung noch optimiert werden muss. Der für die Simulation erstellte Programmcode lässt sich anschließend 1:1 auf die reale Maschine übertragen.

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