Mitdenken in fünf Achsen

Fertigungsautomation

Bearbeitungszentren - In der Luft- und Raumfahrt kommen schwer bearbeitbare Werkstoffe wie Titan zum Einsatz. Ein Unternehmen hat dafür ein Fünf-Achs-Beabeitungszentrum entwickelt, das neben der Sicherheit für den Bediener auch weitere Aspekte im Blick hat.

15. Oktober 2018
Bild: Schmersal
Bild 1: Mitdenken in fünf Achsen (Bild: Schmersal)

Giuseppe Galbiati, Projektmanager bei Mandelli Sistemi, zählt die Anforderungen an das System auf: »Für unsere Hochleistungsmaschine Spark Ti mit ihrer beträchtlichen Größe benötigen wir ein robustes Sicherheitssystem. Für den Fall, dass ein Maschinenbediener versehentlich innerhalb des begehbaren Maschinenbereichs eingeschlossen werden sollte, muss es die Sicherheitslösung ermöglichen, dass der Bediener diesen Bereich so schnell wie möglich verlassen kann und die Anlage blockiert wird.«

Das mittelständische Unternehmen mit Sitz im norditalienischen Piacenza gehört heute zur Riello-Sistemi-Gruppe. Es hat sich in seiner 80-jährigen Geschichte zu einem führenden italienischen Hersteller von Werkzeugmaschinen entwickelt. In den vergangenen zehn Jahren hat Mandelli sich auf Marktsegmente wie Aerospace und die Energiebranche fokussiert, in denen schwer bearbeitbare Werkstoffe und komplexe Geometrien vorherrschen. Diese erfordern anspruchsvolle Dreh- und Fräsarbeiten.

Hohe Zuhaltekraft für Schutztüren

Seine Fünf-Achs-Bearbeitungszentren – die Spark-Baureihe hat das Unternehmen 2015 mit einer neuen Version komplettiert: Spark Ti (oder Titanium), ein Fünf-Achsen-Horizontalbearbeitungszentrum mit einem feststehenden Maschinentisch, der trotz des hohen Zerspanungsvolumens eine präzise Bearbeitung möglich macht. Die Maschine erlaubt das Verarbeiten von sehr harten Titan-, Stahl- und HRSA-Legierungen (Heat Resistent Super Alloys), die in der Luftfahrt verwendet werden.

Herzstücke der Anlage sind ein kontinuierlich gesteuerter Hochdrehmoment-Schwenkkopf, der mit einem automatischen Rückgewinnungssystem des mechanischen Spiels versehen ist, eine Drehachse mit Doppelantrieb und Leistung von 12.000 Newtonmetern sowie das Schwingungsdämpfsystem, mit dem alle Maschinenachsen ausgestattet sind. 

Die Anforderungen an das Sicherheitssystem für Spark Ti wurden während eines Treffens der Konstruktionsabteilung mit Vertriebsvertretern von Schmersal, einem führenden Anbieter im Bereich Maschinensicherheit, festgelegt. Eine Sicherheitszuhaltung, die all die Anforderungen erfüllt, die Galbiati aufgezählt hat, ist laut dem Anbieter die Bolzenzuhaltung AZM400 in Verbindung mit der Bowdenzugentriegelung. Nicht nur aufgrund seiner hohen Zuhaltekraft setzte Mandelli Sistemi den AZM400 von Schmersal bei den schweren Schutztüren seines Spark Ti ein.

In Kombination mit dem Bowdenzug bietet er auch die geforderte Schutzleistung für den Fall, dass ein Bediener, der beispielsweise Wartungsarbeiten ausführt, versehentlich in das Bearbeitungszentrum eingeschlossen wird. Innerhalb des Gefahrenbereiches kann der Bowdenzug dann als Fluchtentriegelung genutzt werden, indem der Bediener einfach an dem Zugseil zieht. Bei einem Einsatz außerhalb des Gefahrenbereiches lässt sich das Gerät als Notentsperrung nutzen. In der Standardausführung verfügt das Zugseil über eine Gesamtlänge von sechs Metern und eine Mantellänge von vier Metern, sodass damit auch das Absichern von großen Anlagen möglich ist. 

Zweikanaliges Entsperrsignal

Die Sicherheitszuhaltung hat das Unternehmen 2015 auf den Markt gebracht. Sie besteht aus der Zuhaltungseinheit mit Sensorik, einem motorgetriebenen Sperrbolzen sowie dem Betätiger. Dieser enthält ein codiertes RFID-Tag und eine Arretierungsöffnung, in die der Sperrbolzen einfährt. Sobald der Sperrbolzen eine ausreichende Eintauchtiefe in der Arretierungsöffnung des Betätigers erreicht, gilt die Schutzeinrichtung als sicher zugehalten. 

Bei der Entwicklung hat Schmersal eigenen Angaben zufolge insbesondere die speziellen Anforderungen, die große Bearbeitungszentren (BAZ) stellen, im Blick gehabt. So werden bei den BAZ meist schwere Schutztüren eingesetzt, die häufig elektromotorisch betätigt werden – und deshalb sehr hohe Zuhaltekräfte erfordern. Daher weist die AZM400 eine Zuhaltekraft von 10.000 Newton auf. Sie erreicht sowohl für die Verriegelungs- als auch für die Zuhaltefunktion das Sicherheitsniveau PL e und Kat. 4 nach DIN EN ISO 13849-1 sowie SIL3 nach DIN EN 61508.

Das hohe Sicherheitsniveau für die Zuhaltefunktion wird unter anderem aufgrund des zweikanaligen Entsperrsignals realisiert. So wird sichergestellt, dass etwa durch das Auftreten eines Querschlusses nicht ungewollt entriegelt und ein Zutritt in einen Gefahrenbereich ermöglicht wird. Die Bolzenzuhaltung gewährleistet zudem einen reibungslosen Ablauf der Prozesse und so eine hohe Anlagenverfügbarkeit: »Schutztüren müssen immer zuverlässig ver- und entriegelt werden. Gleichzeitig soll die Sicherheitstechnik zu einem hohen Maß an Maschinenverfügbarkeit beitragen.

Genau dafür ist die AZM400 die optimale Lösung«, erläutert Maicol Garavaldi, Safety Machinery Expert bei Schmersal Italia. Schutztüren sind häufig am Anschlag gedämpft, sodass sie nach dem Schließen wieder etwas zurückfedern. Die Folge: Der Sperrbolzen sitzt nicht mehr mittig in der Arretierungsöffnung des Betätigers und muss dann Querkräfte überwinden. Können diese Querkräfte nicht überwunden werden, wird die Schutztür nicht geöffnet – mit entsprechenden Verzögerungen im Produktionsprozess. Die Sicherheitszuhaltung bietet hier den Vorteil einer Entsperrung gegen eine Querkraft von bis zu 300 Newton. 

Ausgelegt für Industrie 4.0

Zudem ermöglicht die Elektronik in Verbindung mit der Sensorik Zusatzfunktionen, zum Beispiel ein Erkennen von Fehlerzuständen: Wenn etwa der Sperrbolzen im ersten Versuch des Verriegelns nicht den Zustand »gesperrt« erreicht, unternimmt er selbsttätig einen zweiten Versuch. Erst wenn dieser ebenfalls scheitert, meldet der AZM400 eine Störung. Das verringert die Anzahl der Störungsmeldungen und schützt das Gerät zugleich vor Beschädigung. 

Auch für das Gesamtsystem der Spark Ti hat Mandelli das Thema Anlagenverfügbarkeit im Blick gehabt. Die neue Generation von Bearbeitungszentren ist ausgelegt für Konzepte der Industrie 4.0: In die Maschinen wurde ein komplexes System von Antivibrations-, Geräusch- und Vibrationssensoren integriert, um kritische Konditionen frühzeitig erkennen und Maschinenparameter rechtzeitig anpassen zu können.

Das trägt wesentlich zum Vermeiden von Maschinenstillständen und Produktionsausschuss bei. Für die Fabrik der Zukunft hat das Unternehmen zudem das neue Softwarepaket »iPum@Suite 4.0« entwickelt: Damit können vernetzte Maschinen dank Sensoren und intelligentem Schwingungs-Überwachungssystem durch eine Ferneinrichtung überwacht werden. Die Betriebsdaten des Bearbeitungszentrums werden in eine Cloud-Datenbank übertragen. Mithilfe statistischer Berechnungen lassen sich so Störungen vor dem Ausfall erkennen. 

Erschienen in Ausgabe: 06/2018

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