Die Ansprüche an moderne Einbauküchen sind hoch: Die Qualität soll stimmen, funktional sollen sie sein, dabei lange leben und selbstverständlich ein schönes Design haben. Wer eine neue Küche kauft, hat die Qual – und die freie Auswahl: Oberflächen, Farben, Formen, Tiefen, Höhen, Beschläge, Waschbecken links – oder lieber rechts. Weil auch die Rastermaße immer feingliedriger werden, werden statt Standardküchen heute immer mehr individuell geschnittene Maßanfertigungen ausgeführt. »Losgröße eins ist ein ganz aktuelles Thema«, bringt es der Schelling-Marketingleiter Thomas Gsellmann auf den Punkt.
Der Trend verstärke sich und mache auch vor großen Küchenherstellern nicht Halt, die bis dato mit Programmsystemen erfolgreich waren. Industrielle Einzelfertigung mit Seriencharakter ist gefragt.
Damit diese Entwicklung nicht exorbitant zulasten von Produktivität und Wirtschaftlichkeit geht, sind flexibel einsetzbare Fertigungsanlagen notwendig, die ganz im Sinne von Industrie 4.0 am besten direkt mit dem Warenwirtschaftssystem kooperieren. Wie eine solche Lösung in der Praxis aussehen kann, zeigt das neue Sägezentrum von Schelling. Dank einer rundlaufenden Fördertechnik mit zwei Portaleinheiten kann die Sägelinie »Is1« ununterbrochen arbeiten. Die sogenannten Manipulatoren sind in einer engen Technologiepartnerschaft mit Lenze entstanden. Das Herzstück der Motion-Control-Lösung bildet das neue Lenze-FAST-Technologiemodul »Pick & Place« für Roboterapplikationen.
Individualisiert Platten aufteilen
Wo jede Küche nach persönlichen Vorgaben des Endkunden hergestellt werden will, sind Massenfertigung und Stapelverarbeitung passé. Die digitalisierten Küchenplanungen werden in Stücklisten und Schnittpläne übersetzt. Jedes Teil wird von der Is1 einzeln und doch vollautomatisiert gesägt. Eine Herausforderung sind dabei die ständig wechselnden Platten in verschiedenen, oft teuren Qualitäten, Farben und Oberflächen. Eine weitere Herausforderung liegt darin, Platten trotz Einzelfertigung mit möglichst wenig Verschnitt bei gleichzeitig hoher Sägeleistung zu verwerten. Denn Plattenreste sind ein großes Thema, die Optimierung von Schnittplänen und das geschickte Zwischenlagern von Restplatten daher unerlässlich. Zudem ist die neue Is1 beim Endanwender direkt angebunden an ein automatisiertes Flächenlager, das mit zwei Brücken ausgestattet ist und ebenfalls von Schelling kommt. »Die Säge ist in ein übergeordnetes Leitsystem eingebunden, wobei sie das taktgebende Element in der Produktionslinie darstellt«, beschreibt Dietmar Nußbaumer, Leiter Technik und Montage bei Schelling, das Anforderungsprofil an diese Maschinenlösung.
Das Kernprinzip des Rundlaufsystems basiert auf Portalen, die die Platten nach dem ersten Längs- oder Kopfschnitt drehen und über Bürstentische, die als Puffer dienen, zum nächsten Sägeschnitt weitertransportieren – prinzipiell ist durch das Rundlaufkonzept eine Optimierung der Schnittpläne in mehrere Ebenen möglich. Sind die Teile fertig, schleust sie erneut ein Portal für die weitere Verarbeitung aus. Bei der Konzeption der Portale haben Schelling und Lenze die neue FAST-Technologie des Automatisierungsspezialisten zum Einsatz gebracht. Hierbei handelt es sich um einen vollwertigen Robotikkern, der alles bietet, was der Maschinenbauer für schnelle und flexible Handhabungsaufgaben braucht, auch ohne spezielle Kenntnisse in der Robotik.
Die generelle Aufgabe besteht darin, die Säge schnell mit den richtigen Platten zu versorgen und diese beim schnellen Abtransport so zu positionieren, dass sie sich optimal weiterverarbeiten lassen. Dies geschieht unter Berücksichtigung der aktuellen Teilegrößen und des zur Verfügung stehenden Pufferplatzes. Das bedeutet: Für jedes Teil muss eine eigene optimale Bahn berechnet werden. »Die Sägelinie muss so schnell wie möglich wieder frei werden, um eine optimale Leistung zu garantieren«, fasst Nußbaumer zusammen.
Fahrachsoptimierung sorgt für reduzierte Kosten
Doch wo liegen die Vorteile von mehrachskoordinierten Bahnprofilen im Vergleich zu ablaufgesteuerten Einzelachsbewegungen von XYZ-Portalen? Das Beispiel Schelling zeigt, dass es vor allem die koordinierten Bewegungen im Raum sind, die das Portal schneller und die Fahrkurven wesentlich sanfter machen. Daraus folgen höhere Taktzahlen, weil maximale Endlagen nicht mehr angefahren werden und das Portal generell wegeoptimiert unterwegs ist. Weil die Fahrachsoptimierungen gleichbedeutend sind mit Zeitersparnis, kann das Portal langsamer fahren und kommt dennoch genauso schnell zum Ziel. Daraus folgt der Rückschluss, dass die Antriebe weniger Leistung benötigen und damit kleiner und preiswerter ausgelegt werden können. Der Effekt: sinkender Stromverbrauch und eine insgesamt leichtere Maschinenkonstruktion.
Werkstückabhängige Bahnplanung
Eine besondere Anforderung an die Lösung bei Schelling besteht darin, die Bewegung der Werkstücke im Raum so zu optimieren, dass Hindernisse im Arbeitsraum möglichst schnell umfahren werden können – auch wenn der Portal-roboter lange Werkstücke bewegen muss. Das wird durch eine flexible werkstückabhängige Bahnplanung erreicht. Für den Transport in der Horizontalen sind die Tische mit Bürsten ausgestattet, auf denen die Platten kratzfrei entlanggleiten. Dies spart teure Unterdrucksysteme, die schwere Platten mit Saugnäpfen anheben. Die Bewegungsführung mit dem standardisierten FAST-Technologiemodul Pick & Place für Portalroboter bringt klare Vorteile. Die Software deckt einen Großteil der Funktionalitäten dieser Applikation ab.
Welche Bahnen ein Portalroboter in der Praxis jeweils zu fahren hat, kann im Standardfall mit dem Technologiemodul Pick & Place oder mit den standardisierten Bewegungsbefehlen der PLCopen Part 4 realisiert werden. Die Vorteile: Zeitgewinn und Kosteneinsparungen, weil ein tiefergehender Einstieg in die Programmierung der Bewegungssteuerung nicht notwendig ist, eine verbesserte Softwarequalität durch strukturierte Programmierung sowie eine einfache Wiederverwendung. Da auch spezifische Funktionen unkompliziert integriert werden können, kann das Technologiemodul Pick & Place einfach an die Besonderheiten einer Applikation angepasst werden.
Effizientes Mehrachssystem
Verarbeitet werden die Bahnen vom Lenze Motion Controller 3200C, der per Ethercat mit den angeschlossenen Lenze-Servoumrichtern kommuniziert. Schelling nutzt für die antriebstechnische Umsetzung die Lenze-Servoregler i700. Die Geräte sind spezialisiert auf koordinierte Mehrachsbewegungen und kommen im Sägezentrum von Schelling mit einem zentralen Einspeisemodul zum Einsatz. Auf diese Weise werden die Servoregler direkt über den DC-Verbund versorgt – was durch einen Energieaustausch zwischen den einzelnen Umrichtern die Energieeffizienz verbessert und gleichzeitig einen kompakten Schaltschrankaufbau ermöglicht.
Weil der Lenze Motion Controller 3200C neben der Bewegungssteuerung gleichzeitig als Schnittstelle zur überlagerten Anlagensteuerung dient, steht das Sägezentrum mit dem Produktionsplanungssystem in Verbindung, über das auch die Schnittgeometrien erzeugt werden. Damit gewährleistet Schelling die Ziele von Industrie 4.0 in Richtung einer vernetzten Produktion, die sich ganzheitlich optimieren lässt. »Wir denken immer mehr in mechatronischen Maschinenmodulen aus Mechanik, Elektronik und Software, die wir für andere Projekte wiederverwenden können. Deshalb brauchen wir Komplettanbieter, die uns auch bei der Softwareentwicklung unterstützen«, beschreibt Nußbaumer die Zusammenarbeit mit Lenze.
Aus dem Blickwinkel des Engineerings erschließt die Lenze-FAST-Technologie deutliche Effizienzgewinne entlang dem kompletten Produktlebenszyklus, von der Konzeption einer Anlage, über die Entwicklung und Programmierung bis hin zu Inbetriebnahme und der Wartung beim Betreiber.
Weil FAST-Technologiemodule getestete und gut dokumentierte Softwareprodukte sind, reduziert sich der Aufwand für anspruchsvolle Softwaretests der Maschinenfunktionen deutlich. Arbeitserleichterungen bieten zudem die umfangreichen Bibliotheken vorbereiteter Basisfunktionen und die insgesamt einfache Nutzung von komplexen Technologien wie Pick & Place für diverse Roboterkinematiken.
