Elektronische Kurvenscheibe fürs Retrofitting

Autor / Redakteur: Siegfried Müller / Reinhard Kluger

Alte Maschinen, sie müssen noch lange nicht ausgedient haben. Der Einbau neuer Technik macht sie wieder fit. Ein elektronisches Nockenschaltwerk, ausgeklügelte Servo- und Steuerungstechnik sind wichtige Maßnahmen, um den Durchsatz und die Sicherheit vorhandener Anlagen zu verbessern.

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Gründe für eine Modernisierung von gebrauchten Maschinen und Anlagen finden sich viele. Ob veraltete Steuerungstechnik in Verbindung mit einer doch noch intakten Mechanik oder ob aktuelle Vorschriften der Sicherheitstechnik und eine mangelnde Störungsdiagnose an der Maschine zu beachten sind, all das sind wichtige Aspekte für ein Retrofitting (= Umrüsten). Eine Situation, die auf die Stanz- und Biegemaschinen von Kriegler, Bechhofen, zutrifft. Bewährte und ausgefeilte Mechanik mit einer veralteten Steuerungstechnik. Zudem möchten die Einrichter und Instandhalter der Maschinen auch noch ihre Produktivität steigernde Ideen verwirklichen.

Es sind gleich mehrere, fast identische Maschinen, die der Bechhofener Metallbetrieb in seiner Produktion betreibt. Sie produzieren ausschließlich so genannte Wulstbleche in allen Größen und Formen. Diese Bleche werden hauptsächlich als Beschläge für Künstler- und Malerpinsel verwendet. Eine Vielfalt an Produktvarianten erfordert natürlich auch ein hohes Maß an Flexibilität von den Maschinen. Zum Beispiel müssen die Stanzgeschwindigkeit und verschiedene pneumatische Bewegungen dem Werkstoff und der Form angepasst werden.

Bisher stellten die Bediener per Poti die Drehzahl des Hauptantriebs des Stanz- und Biegeautomats ein und richteten per mechanischer Pneumatik-Nockenschalter das zu produzierende Wulstblech ein. Einstellungen, die mühsam und schlecht reproduzierbar waren. Auch der Zeitbedarf zum Umrüsten auf ein neues Produkt war sehr hoch. Da diese Maschinen auch oft ohne Bedienpersonal betrieben werden, sind mechanische Stückzähler und Nachtschaltungen integriert. Leider sind diese Funktionen nicht bedienerfreundlich und waren aufgrund ihrer langen Einsatzzeit auch nicht mehr verlässlich. Um hier nun eine einheitliche Lösung herbeizuführen, wurde ein Automatisierungsspezialist engagiert − Firma PROF-IS aus Dinkelsbühl. Zusammen mit den Einrichtern und Instandhaltern analysierte man die Maschinen, fand einen entsprechenden Lösungsansatz.

Modernisieren der Antriebe

Die Verbesserungspunkte beim Hauptantrieb waren schnell ermittelt. Das Anfahren und Bremsen soll mittels einer Rampe einstellbar sein und wenn möglich sollte die Geschwindigkeit innerhalb einer 360°-Bewegung der Maschine verstellbar sein. Zur Erklärung: Bei Stanz- und Biegeautomaten ist der Ablauf von Stanzen und Biegen mechanisch gekoppelt und aus Sicht einer 360°-Bewegung in verschiedene Segmente unterteilt. Bei diesen Automaten wird z.B. das Stangenmaterial während der ersten 100° eingezogen, bei den nächsten 50° gestanzt und im letzten Bewegungsabschnitt gebogen und ausgeworfen. Da nun werkstoffabhängig die Geschwindigkeit an bestimmten Punkten verringert werden soll, muss somit die Gesamtgeschwindigkeit herabgesetzt werden. Was dann letztendlich zu einem niedrigeren Teileausstoß führte (Stück pro Minute). Die Lösung: eine elektronische Kurvenscheibe.

Damit bietet sich die Möglichkeit, innerhalb einer 360°-Bewegung verschiedene Punkte zu definieren und zwischen den Punkten, Geschwindigkeit, Beschleunigungs- und Bremsverhalten festzulegen. Daraus folgt dann ein optimierter Ablauf ohne eine langsamere Gesamtgeschwindigkeit. Auch die pneumatischen Nockenschalter möchten die Maschinenbediener gerne verbannen. Hier bietet sich in der modernen Antriebstechnik ein so genanntes elektronisches Nockenschaltwerk an. Mittels dieser Funktion lassen sich nun punktgenau die pneumatischen Bewegungen zu- und abschalten. Der Clou: die Totzeit der elektromagnetischen Ventile ist auch noch geschwindigkeitsabhängig kompensierbar (Totzeitkompensation). Man musste hier nicht lange nach einem geeigneten Antriebssystem suchen: PROF-IS ist Systempartner von STÖBER Antriebstechnik und konnte somit hier sofort den Umfang der erforderlichen Funktionen abschätzen. Zum Einsatz kommt die Servotechnik (Baureihe MDS5000) von STÖBER. Mit diesem Servo-Umrichter lässt sich sowohl die elektronische Kurvenscheibe als auch das Nockenschaltwerk realisieren. Zudem war den Einrichtern wichtig, dass auch ein Tippbetrieb in langsamer Geschwindigkeit und sanftem Anlauf funktioniert. Seither war die Mechanik über eine Brems-/Kupplungskombination mit dem Hauptantrieb verbunden.

Hier war ein exaktes Tippen der Maschine nicht möglich, weil der Betreiber dabei zeitraubend immer wieder ein- und auch auskuppeln musste. Dank der dynamischen Servotechnik kann nun diese Einheit entfallen, und der Servo treibt jetzt die Mechanik direkt an.

Aber nicht nur die Antriebstechnik muß erneuert werden, auch die Steuerung der Maschine benötigt zusätzliche Funktionen. Hier waren die Ansatzpunkte vorrangig, wie Verfügbarkeit von Ersatzteilen, bessere Störungsdiagnose und Bedienbarkeit.

Modernisieren der Steuerungstechnik

Die Kombination aus SPS und Bedienfeld war hier die Lösung. Die SPS übernimmt die Aufgaben der Schützsteuerung und zusätzliche Funktionen wie Tages- und Jahresstückzähler. Auch soll die Maschine beim Erreichen einer bestimmten Stückzahl automatisch abschalten. Diese Funktion wird bei den Einrichtern auch „Nachtschaltung“ genannt. D.h., die Maschine läuft vollkommen ohne Personal in die Nacht hinein und schaltet sich automatisch nach Erreichen der Stückzahl ab. Erstmals ließen sich auch verschiedene Überwachungsfunktionen für das Stanzwerkzeug einbringen, z.B. die Auswurfkontrolle. Hier kontrolliert die SPS mittels einer Lichtschranke, ob nach einem Takt (360°) auch wirklich ein Wulstblech ausgeworfen wurde. Ansonsten stoppt die Maschine sofort, da die Möglichkeit bestünde, dass das Werkzeug durch das nicht ausgeworfene Wulstblech zerstört wird. Am besten gefiel den Maschinenbedienern das Bedienfeld. Nun konnte man endlich einen Störungstext ablesen und musste nicht per Blinkcode einer Lampe die Störung interpretieren. Ebenso gibt man nun über das Bedienfeld alle wichtigen Parameter für das Produkt ein, unter anderem die schon erwähnten Geschwindigkeiten, Rampen und Stückzahlen. Die SPS erhält diese Daten vom Bedienfeld und speichert diese ausfallsicher ab.

Die neue Steuerungstechnik bringt in der Praxis nicht nur geringere Umrüstzeiten, sondern dank der modernen Steuerungstechnik lässt sich auch die Stückzahl pro Minute an der Maschine erhöhen, weiß auch Robert Kriegler, Inhaber der Ludwig Kriegler Metallwarenfabrik. Sein Fazit: „Wir haben mit PROF-IS einen absolut kompetenten Partner und Automatisierungsspezialisten gefunden. Das sind eben Profis!“

Für kühle Rechner — Standardisierung beim Retrofit

Um die Kalkulation für eine Maschinenmodernisierung einfacher zu machen, hat PROF-IS drei Anwendungsgrößen standardisiert. So wurde mit MINI, MIDI und MAXI ein Standardprogramm konzipiert:

MINI: 8 digitale Eingänge, 4 digitale Ausgänge

MIDI: 16 digitale Eingänge, 8 digitale Ausgänge, 4 Motorabgänge

MAXI: 32 digitale Eingänge, 16 digitale Ausgänge, 4 Motorabgänge, 2 Frequenzumrichter

Die Anbindung der Peripherie (Ein- und Ausgänge) erfolgt einfach über Steckverteiler. Die Schaltschränke mit SPS und Textdisplay haben dann auch unterschiedliche Baugrößen. Verschiedene Optionen, wie Zweihandbedienung oder Lichtschutzgitter, runden das Programm ab und lassen wenig Wünsche offen.

Ein Kalkulationsbeispiel:

Es sind 6 Zylinder und 3 Motoren zu steuern.

Standardschaltschrank MIDI: Festpreis 5900 EURO. Inkl. Programmierung, Inbetriebnahme

Zuzüglich Reisekosten und Spesen

Siegfried Müller, Geschäftsführer PROF-IS, Dinkelsbühl

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