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Steuerung

Hydraulikachsen nahtlos in Steuerungstechnik integriert

| Autor/ Redakteur: Wilfried Osterfeld / Sandra Häuslein

Für die Produktion des neuen Leichtbau-Werkstoffes Lisocore benötigte die Lightweight Solutions GmbH neue Maschinen. Mit PC-based Control und TwinCAT Hydraulic Positioning hat Beckhoff dabei hydraulische Servoachsen nahtlos in die Steuerungstechnik integriert.

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Beckhoff-Steuerung an der Hochdruckpresse
Beckhoff-Steuerung an der Hochdruckpresse
(Bild: Lightweight Solutions, Deutschland )

Nach der Gründung von Lightweight Solutions als Start-up-Unternehmen aus dem Hochschulbereich musste kurzfristig der Kernprozess, d.h. die Erzeugung des Leichtbau-Materials, erprobt und serientauglich umgesetzt werden. Hier war Beckhoff bereits ab der Prototypphase involviert. Ausschlaggebend für die Wahl der PC-basierten Steuerungstechnik war für Lightweight Solutions das Ziel, möglichst kurzfristig und mit großer Flexibilität in der Software in die Protoytpen-Fertigung zu gehen.

Als großer Vorteil von PC-based Control erwies sich, dass eine Feldbusanbindung die direkte Ventilansteuerung ohne Zusatzhardware ermöglichte. Zudem ließen sich die Gleichlaufregelung für die hydraulischen Antriebe der Zweistempelpresse und die Ansteuerung des Versorgungsaggregats auf der Basis der TwinCAT-Bibliothek Hydraulic Positioning einfach realisieren. So wurden schon 2006 die ersten dreidimensional geformten Kernstrukturen mit der vollständig von Lightweight Solutions konstruierten Presse gefertigt. Die Maschine lieferte nicht nur Probestücke für Tests und Bemusterung, sondern produzierte auch über mehrere Jahre Serienteile.

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Hydraulic Positioning mit TwinCAT 3

Heute sind vier wesentlich größere Nachfolgemodelle der ersten Presse in einer geräumigen Halle untergebracht, die von jeweils einem Beckhoff-Industrie-PC C6920 und vernetzt via EtherCAT gesteuert werden. Dort bilden sie die Kopfenden von Fertigungslinien, in denen die Kernstrukturen zum fertigen Produkt komplettiert werden. Die TwinCAT-Bibliothek Hydraulic Positioning wurde inzwischen nach TwinCAT 3 portiert, wodurch die in vielen Applikationen erprobte Funktionalität erhalten blieb.

In der neuen Maschinengeneration wurde darüber hinaus die Betriebssicherheit verbessert. So besteht gerade bei Zwei- oder Vierstempelpressen durch den nicht oder zu spät erkannten Ausfall eines Ventils das Risiko, dass die starken Zylinderantriebe die Maschine beschädigen. Um derartige Probleme frühzeitig zu erkennen, wurden von der Hydraulik-Bibliothek bereitgestellte Software-Funktionen für die Überwachung der Ventil-Funktion genutzt. Hierbei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass nicht nur die Encoder, sondern auch die Ventile mit einer EtherCAT-Anbindung ausgestattet sind. Es stehen so ohne Zusatzaufwand diverse Diagnosedaten, wie z.B. die aktuelle Schieberstellung, zur Verfügung. Der Vergleich mit einem in der Hydraulik-Bibliothek gerechneten Modell erlaubt eine Bewertung des Ventilverhaltens und löst gegebenenfalls Warnungen und Alarme aus. Auf diesem Wege können Probleme mit einer Pilotventil-Versorgung oder durch eine von Partikeln blockierte Hauptstufe erkannt werden.

Hochdynamische Positionierung nötig

In den hochautomatisierten Linien werden die Kernstrukturen von Lisocore mit Deckschichten zu Sandwichelementen komplettiert, was anspruchsvoller ist als auf den ersten Blick erkennbar. So wird eine formschlüssige Verbindung mit insgesamt 15.000 Montagepunkten in 20 Sekunden erreicht, was eine hochdynamische Positionierung unerlässlich macht. Da die Platten während dieser Bearbeitungen kontinuierlich weitertransportiert werden, müssen sich die Fräsaggregate für jede Reihe nach dem Prinzip der „Fliegenden Säge“ neu auf-synchronisieren, die Bearbeitung ausführen und schnellstmöglich zurückfahren, um für die nächste Reihe bereitzustehen. Allein in diesem Teilbereich der Anlage sind über 20 Servoachsen verbaut.

Nachdem die Deckschichten und die Kernstruktur korrekt zusammengefügt sind, wird das noch recht empfindliche „Sandwich-Material“ an einen hydraulisch angetriebenen Scherenhubtisch übergeben. Seine Aufgabe ist es, die ankommenden Produkte in eine Etagenpresse zu überführen, in der die Einzelelemente durch den aushärtenden Kleber endgültig und maßhaltig verbunden werden.

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