Mit Servotechnik zu mehr Durchsatz

Bis zu 36.000 Schutzkappen am Tag

Eine Stuhlrolle besteht im Prinzip aus zwei einzelnen Rädern, auf die jeweils eine Kappe gepresst wird. Das geht vollautomatisch und mit beachtlicher Geschwindigkeit. Gross+Froelich in Weil der Stadt setzt dazu eine Maschine der ARAMIS Maschinenbau GmbH & Co. KG ein, die nach der Neukonstruktion mit Servotechnik jetzt mit Taktzeiten von 2,4 Sekunden arbeitet. Das heißt, je nach Rollenmodell werden im 24 Stundenbetrieb bis zu 36.000 ringförmige Schutzkappen vollautomatisch auf die Räder aufgebracht, die dann im weiteren Montageablauf zur kompletten Rolle verbunden werden. Das sind gut 10.000 Schutzkappen mehr als die Maschine vor der Neukonstruktion schaffte.

Elektrik statt Pneumatik

Um die kürzeren Taktzeiten zu realisieren, genügten im Prinzip zwei Maßnahmen: Die Kapazität des Rundtakttisches wurde von vier auf acht Aufnahmen für die Kunststoffkappen erweitert. Außerdem wurden drei der in der Maschine verbauten Pneumatikantriebe durch hochdynamische elektrische Servoantriebe ersetzt. Pneumatisch hätten sich die höheren Geschwindigkeiten kaum realisieren lassen, die mechanische Beanspruchung wäre unverhältnismäßig groß geworden. Zudem wirkt sich der jetzt deutlich niedrigere Druckluftverbrauch günstig auf die Betriebskosten aus.

Bei den elektrischen Antrieben fiel die Wahl auf die Sigma-7 Serie von Yaskawa. Diese haben sich bereits in vielen ähnlichen Anwendungen bewährt und überzeugten auch hier den Maschinenbauer ARAMIS. Schließlich steht die Sigma-7 Serie für Eigenschaften wie schnelle Inbetriebnahme, hohe Produktionsleistung und maximale Betriebssicherheit. Außerdem überzeugen die reaktionsschnellen AC-Servomotoren mit äußerst kompakten Abmessungen sowie sehr ruhigem Lauf. Sie bieten eine hohe Auflösung (integrierter 24 bit Absolut-Encoder) und hohe Dynamik. Funktionen wie Vibrationsunterdrückung, Ausblendung von Maschinen-Resonanzfrequenzen und Tuning-less-Funktion für die einfache Inbetriebnahme sind in den kompakten Servoerstärkern integriert.

Bei der Umrüstung der Schutzkappenmontage-Maschine arbeiteten der Maschinenbauer, sein Partner für die Elektrokonstruktion, die Firma Roggenstein Elektronik, und Automatisierungsspezialisten von Yaskawa zusammen. Insgesamt sind jetzt drei Servoachsen als 200 V Ausführung mit jeweils 400 W Leistung in der Maschine im Einsatz: Ein Antrieb ist für die Horizontalbewegung der Zuführung zuständig. Eine pneumatische Lineareinheit mit Greifer übergibt die Kunststoffkappe von der Vereinzelung in das Nest des Rundschalttisches. Ein Elektrozylinder, der von einem zweiten Servoantrieb angetrieben wird, verpresst die Kappe mit der Stuhlrolle. Ein Druckkraftsensor erkennt den Kraftsprung beim Einrasten. Zusammen mit dem absoluten Wegmesssystem am Servomotor wird erkannt, ob der Pressvorgang erfolgreich ist. Der dritte Servoantrieb übernimmt die Horizontalbewegung beim Ablegen der Fertigteile auf der Rutsche. Über sie gelangen die nun geschützten Räder in eine Gitterbox und können zur weiteren Montage transportiert werden.

Antriebe, Steuerung und Software aus einer Hand

Die Maschinensteuerung kommuniziert mit den Servoachsen über Profinet. Diese Steuerung aus der SLIO-Serie, ebenfalls von Yaskawa, ließ sich komfortabel in Siemens Step7 programmieren und durch ihren modularen Aufbau gut an die Anwendung anpassen. Die zusätzlich benötigten I/O-Module konnten einfach ergänzt und aneinandergereiht werden; prinzipiell sind auch nachträgliche Erweiterungen möglich. Weitere Geschwindigkeitsvorteile bringt der Rückwandbus des I/O-Systems, der mit 48 MBit/s arbeitet und ein feldbusunabhängiges Schalten mit einer zeitlichen Genauigkeit von +/-1 μs ermöglicht. Kurze Taktzeiten bei der Programmverarbeitung sorgen für schnelle Abläufe. Die Integration in die Anwendung erleichtert zudem die umfangreiche Systembibliothek der Steuerungen mit einer Vielzahl hinterlegter Funktionen, die bei Bedarf freigeschaltet werden können. Besonders bei einer Überarbeitung der Ursprungskonstruktion ist das sehr hilfreich. Das gilt ganz besonders, wenn ein vorhandener Feldbus weiterhin verwendet werden soll. Profibus ist dafür ein typisches Beispiel.

Auch bei der Softwareanpassung waren die Automatisierungsspezialisten von Yaskawa für den Maschinenbauer und seine Elektrokonstruktionspartner eine große Hilfe, beispielsweise beim Einbinden der Pneumatik, der Visualisierung und der Kommunikation mit dem Bildverarbeitungssystem, das Gross+Froelich zur Qualitätssicherung einsetzt. Durch dieses „Alles aus einer Hand“ Prinzip  verlief die Inbetriebnahme schnell und unkompliziert. Hard- und Software sind perfekt aufeinander abgestimmt und der Maschinenbauer hatte nur einen Ansprechpartner. Mit Schnittstellenproblematik und damit verbundener Bürokratie oder Zeitverlusten musste sich niemand herumärgern. Mittlerweile haben sich die modernisierte Maschine und die darin verbauten Komponenten im praktischen Einsatz bewährt und sorgen dafür, dass zahllose Stuhlrollen mit Schutzkappen versehen werden. Die hochdynamischen Servoachsen und die leistungsfähige Kompaktsteuerung tragen täglich dazu bei.