Auf Knopfdruck

Fertigungsautomation

Bearbeiten - Einen weiteren Evolutionsschritt zu mehr Flexibilität bei der Konfiguration und dem Betrieb von Rundtaktmaschinen hat die K.R. Pfiffner AG vollzogen. Mit der CNC-Systemlösung IndraMotion MTX advanced von Bosch Rexroth steuert sie mit einer Hardware mehr als 140 dezentral intelligente elektrische und elektrohydraulische Achsen an. Durch die komplett modularisierte Software können Anwender auch nachträglich eigenständig weitere Module hinzufügen und die Maschinen per Knopfdruck auf neue Produkte umstellen.

01. Juni 2016

Rundtaktmaschinen setzen den Maßstab für Produktivität in der spanenden Großserienproduktion, weil die kreisförmig angeordneten Bearbeitungsstationen simultan Werkstücke bearbeiten. Dabei setzen viele Hersteller immer noch auf mechanische Lösungen mit Kurvensteuerungen. Das ist zwar kostengünstig in der Anschaffung, schränkt aber die Flexibilität in der Anwendung gleich zweifach ein. Zum einen führt die mechanische Kopplung zu langen Umrüstzeiten mit entsprechend niedriger Verfügbarkeit. Zum anderen können Anwender Veränderungen an Rundtaktmaschinen meist nur in aufwendigen Projekten mit dem Originalhersteller umsetzen. Die K.R. Pfiffner AG geht schon lange einen anderen Weg und automatisiert ihre Rundtaktmaschinen komplett mit CNC-Steuerungen. Das erhöht die Präzision, die Flexibilität und die Produktivität. Je mehr Stationen und Achsen in einer Rundtaktmaschine integriert sind, desto höher ist theoretisch die Ausbringung. Praktisch setzte die Steuerungstechnik aber Grenzen. »Wir mussten bislang bei unseren Rundtaktmaschinen mehrere NC-Steue-rungen im sogenannten Master/Slave-Betrieb miteinander kombinieren«, schildert Uwe Krause, der Geschäftsführer Deutschland von K.R. Pfiffner, die Ausgangssituation. Es gab bis vor Kurzem keine CNC-Steuerung, die so viele Achsen ansteuern konnte. Im Engineering, bei der Programmierung und der Inbetriebnahme war dies für den Mittelständler, der seit Mitte 2015 zur FFG-Gruppe gehört, sehr zeit- und damit kostenintensiv. »Für unsere Maschinen und somit für unsere Kunden bedeutete dies keine ideale technische Lösung hinsichtlich Bedienbarkeit und Taktzeit«, ärgert sich Krause.

CNC-Steuerung für bis zu 250 Achsen

»Seit Jahrzehnten beobachten wir den Steuerungsmarkt und sind auf der Suche nach der idealen CNC-Lösung. Darum waren wir sehr gespannt, als Rexroth uns die IndraMotion MTX advanced vorgestellt hat«, erinnert sich der Geschäftsführer. Diese Steuerungslösung ist die leistungsfähigste Variante der CNC-Familie von Rexroth. Sie bietet eine herausragende Rechenleistung durch moderne Mehrkernprozessoren und eine hohe Speicherkapazität in leistungsstarken, kompakten Industrie-PC. Bereits als sie erstmals vorgestellt wurde, steuerte sie auf einer Steuerungshardware bis zu 99 Achsen in bis zu 60 CNC-Kanälen an.

Zur EMO 2015 präsentierte Rexroth eine noch leistungsfähigere Hardware, die sogar bis zu 250 Achsen koordiniert, davon bis zu 60 als Spindelantriebe. Ihre kurzen SPS- und CNC-Bearbeitungszeiten sorgen für eine hohe Produktivität und Präzision.

Pfiffner hat bereits weltweit mehr als 2.700 Rundtaktmaschinen ausgeliefert und ist damit der führende Anbieter in seinem Segment. Die Rundtaktmaschinen bearbeiten rotationssymmetrische und kubische Werkstücke, die per Stange mit einem Durchmesser bis 52 Millimeter per Coil oder über ein Handlingsystem zugeführt werden. Auf ihnen fertigen Anwender in großen Stückzahlen Komponenten für Autos, Armaturen und Schließtechnik bis hin zur Elektronik und Telekommunikation.

Bei den neuesten Maschinen-Baureihen kombiniert Pfiffner bis zu 24 Bearbeitungsstationen miteinander. Die Rundtaktmaschinen bestehen aus einem kreisförmigen Arbeitsraum, um den herum Kunden flexibel auf ihre individuellen Anforderungen hin Bearbeitungsmodule konfigurieren.

Einfach im Engineering

Die Grundmodule von Pfiffner verfügen über jeweils eine bis fünf elektrische und elektrohydraulische NC-Achsen sowie einen Spindelantrieb. Die elektrohydraulischen Achsen übernehmen sehr kompakt Vorschubaufgaben und beanspruchen wenig Bauraum in den Grundmodulen. Die intelligenten IndraDrive-Servoantriebe und die schaltschranklosen, im Ventil integrierten Einachsregler IAC-Multi-Ethernet schließen den Regelkreis dezentral. Sie kommunizieren über den Ethernet-basierten Echtzeitstandard Sercos mit der CNC-Steuerung. Die SPS- und CNC-Software für die neuen Baureihen entwickelte Pfiffner komplett neu. »Unsere Programmierer und Inbetriebnehmer konnten dabei alle Aufgaben mit der Engineering-Umgebung IndraWorks erledigen. Das spart Zeit und reduziert Fehlerquellen«, so Krause. Die Kombination aus Software-Tools, vordefinierten Technologiefunktionen und offenen Standards in einer Umgebung macht den gesamten Engineering-Prozess sehr transparent. »Auch durch die gute Zusammenarbeit mit den Spezialisten von Rexroth über die gesamte Projektlaufzeit haben wir für die Entwicklung der neuen Maschinenbaureihe weniger als ein Jahr benötigt. Das ist bei unseren komplexen Rundtaktlösungen sehr, sehr gut«, betont der Geschäftsführer. »Wir haben enorm viel Zeit in der Programmierung und der Inbetriebnahme gespart, weil wir nicht mehr mehrere Steuerungen parallel programmieren und koordinieren müssen.«

Vor allem erreicht Pfiffner damit das Ziel, bei hoher Produktivität auch die Flexibilität der Rundtaktmaschinen im Betrieb zu verbessern. Die leistungsfähige Steuerungshardware für alle Achsen reduziert die internen Zykluszeiten und steigert damit die Produktivität. Gleichzeitig vereinfacht sie die Bedienung und reduziert die Umstellung auf neue Produkte weitgehend auf Softwarebefehle und Tastendrücke.

Durchgängiges Sicherheitskonzept

IndraWorks umfasst auch sämtliche Software-Tools für die Parametrierung und Inbetriebnahme der intelligenten Antriebe. Eine Besonderheit von Rexroth: Als einziger Steuerungshersteller hat das Unternehmen seine jahrzehntelange Anwendungserfahrung in der Elektrohydraulik in die Software der Motion Controls übertragen. Diese Best-in-Class-Regler gleichen automatisch die Nicht-Linearitäten der Fluidtechnologie aus. Durch die transparente Reglerstruktur muss der Anwender hydraulische Funktionen wie die Lageregelung oder den Übergang von der Positions- in die Kraftregelung nicht selbst programmieren. Vielmehr reicht ein einfaches Parametrieren.

Der Inbetriebnahmeassistent führt Wizard-gestützt logisch durch die Inbetriebnahme der Einachsregler IAC-Multi-Ethernet und schlägt Parameterwerte vor. Durch drehzahlvariable Pumpenantriebe reduziert Pfiffner den Energiebedarf der Hydraulik um bis zu 80 Prozent im Vergleich zu einem Konstantaggregat und erfüllt so die Kundenanforderung nach höherer Energieeffizienz.

Durch die antriebsintegrierten Sicherheitsfunktionen der IndraDrive-Antriebe konnte Pfiffner ein modulares Sicherheitskonzept umsetzen. SafeMotion von Rexroth überwacht dezentral bis zu 16 sichere und zertifizierte Bewegungsfunktionen wie sicher begrenzte Geschwindigkeit, Drehrichtung und Lage. Die sicheren Bewegungsfunktionen erfüllen die Anforderungen bis zu Kat. 4 mit PLe (ISO 13849) und SIL 3 (IEC 62061). Neue Logikbausteine, beispielsweise die Schutztürüberwachung, vermeiden Manipulationen.

Mit dem Sicherheitszonenmodul vereinfacht Rexroth darüber hinaus die wirtschaftliche Umsetzung normgerechter Maschinensicherheit. Ohne übergeordnete Steuerung können Maschinenhersteller bis zu 26 Antriebe einfach in einer Sicherheitszone mit einem Zonenmodul zusammenfassen. Das kompakte Zonenmodul bietet acht Ein- und drei Ausgänge gemäß SIL 3/Kat. 4 PLe, um die sichere Peripherie – sowohl potenzialfreie Kontakte als auch Sicherheitsgeräte mit OSSD-Ausgängen – zentral anzuschließen. Das reduziert den Zeit- und Materialaufwand, da der sonst notwendige zweikanalige Anschluss der Peripherie an jedem Antrieb entfällt.

Durch die gebildeten Sicherheitszonen können Bediener einzelne Module der Rundtaktmaschinen in einen sicheren Zustand schalten und manuell eingreifen, während die anderen Stationen weiterarbeiten. Das erhöht die Maschinenverfügbarkeit. »Mit nur einer Steuerung und integrierten Sicherheits-funktionen auf Antriebsebene haben wir ein einfaches, durchgängiges Sicherheitskonzept realisiert«, bekräftigt Krause.

Konfiguration schnell und flexibel anpassen

»Die neue Maschinensoftware ist so modular, dass wir sie künftig in allen unseren Maschinenbaureihen gleichermaßen einsetzen«, so Krause. Die bestehende Visualisierung konnte Pfiffner durch die in der IndraMotion MTX advanced integrierte OPC-Architektur komplett übernehmen.

Für die Umrüstung auf verschiedene Produkte reicht ein Knopfruck an dem Bedienfeld. Ein besonderer Vorteil für die Betreiber der Rundtaktmaschinen: Sie haben die Möglichkeit, eigenständig Funktionen einer Einheit hinzuzufügen oder zu entfernen. Damit können sie die Maschinenkonfiguration schnell und flexibel an neue Anforderungen anpassen. »Das ist für uns ein wichtiges Verkaufsargument«, hebt der Geschäftsführer hervor.

Die erste Pfiffner-Maschine mit IndraMotion MTX advanced hat die Bewährungsprobe in der realen Produktionswelt bereits einwandfrei bestanden: Bei Taktzeit, Präzision, Verfügbarkeit und vor allem durch die kurzen Umrüstzeiten der Maschine hat sie nach Angaben von Pfiffner die Kundenerwartungen mehr als übertroffen. »Mit der CNC-Systemlösung IndraMotion MTX advanced haben wir die Gesamtperformance unserer Rundtaktapplikationen um rund 20 Prozent gesteigert«, ist Krause stolz.

Halle A6, Stand 502

Erschienen in Ausgabe: 01/2016