Autositzquerträger auf den Punkt genau fertigen

Dipl.-Inf. (FH) Jürgen Speck ist Projektmanager der Siemens AG, A&D, Nürnberg

Besondere Schweißaufgaben erfordern besondere Schweißmaschinen“, lautet der Leitspruch von Werner P. Gatzsch aus Attendorn-Ennest in Südwestfalen. Für einen Zulieferer der Kfz-Industrie entwickelte Maschinenbauer Gatzsch eine Sonder-Rundtakt-Punktschweißanlage für Sitzquerträger in zwei Varianten. Die gesamte Bedienung und Visualisierung, einschließlich der Schweißstromsteuerung für die zugekauften Aggregate, läuft über einen vor Ort installierten Panel-PC ab.

Zwei von Hand beschickte Pufferbänder bringen die zu verschweißenden blanken Einzelteile (Querträger und Verstärkung für linke oder rechte Sitzquerträger) an den Einlegebereich des Rundtaktautomaten. Auf Tastendruck startet der Automatikbetrieb, und das erste Schweißzangenpaar setzt die programmierten Schweißpunkte.

Dieser Ablauf wiederholt sich in einer zweiten Station, so dass insgesamt 13 Schweißpunkte für ein rechtes und 15 für ein linkes Bauteil gesetzt werden. Die Zykluszeit beträgt 16 bis 18 s. Ein Handlinggerät entnimmt anschließend die Teile und stapelt sie auf einem weiteren Förderband in bis zu drei Lagen übereinander.

Zum Bedienen und Beobachten der Anlage setzt Gatzsch erstmals eine durchgängige PC-basierte Lösung ein. „Für uns kam nur ein industrietaugliches Gerät in Frage,“ so Konstruktionleiter Carsten Noack, „das auch mit den anderen Automatisierungskomponenten wie der S7-300-Steuerung kompatibel ist.“

Am besten geeignet schien ein kompakter Simatic Panel PC 670 mit TFT-Display und Folientastatur. „Auch wenn die eigene Firmenleitung anfangs ein wenig skeptisch war,“ verrät Noack, „so waren Robustheit, Komfort, Flexibilität und Funktionalität des Panel-PC letztlich überzeugende Argumente.“ Weitere Kriterien bei 2500 Schweißteilen pro Tag waren die Schwingungs- und Schockfestigkeit des Panel-PC 670. Seine integrierte Festplatte ist vibrations- und schwingungsgedämpft gelagert. Frontseitig in Schutzart IP 65 ausgeführt ist der Panel-PC vor Staub und Schmutz sicher geschützt. Umgebungstemperaturen bis 45 °C hält er stand. Und hinsichtlich der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) sind selbst bei hohen Schweißströmen von 30 kA keine Probleme zu erwarten.

Der vollwertige Industrie-PC, hier mit Pentium-III-Prozessor und 128 MB Arbeitspeicher, ist offen für Zusatzsoftware. Hardwareseitig bietet er neben Ethernet-, MPI- und Profibus-DP-Schnittstelle je einen USB-Anschluss auf der Front- und Rückseite, dazu zwei serielle und eine parallele Schnittstelle für Peripheriegeräte. Damit ist jeder Anwender in der Lage, seine Anlage ohne großen Zusatzaufwand beispielsweise in ein übergeordnetes Netzwerk einzubinden – was von Zulieferern der Automobilindustrie häufig gefordert wird, etwa um Aufträge just-in-time abzuwickeln.

Trotz dieser umfassenden Ausstattung beansprucht der von Gatzsch eingesetzte Panel-PC in der Ausführung mit 12,1″-Monitor lediglich 130 mm Einbautiefe und konnte so direkt im Bedienpult an der Maschine untergebracht werden. Der Platz für den sonst erforderlichen Schaltschrank wurde gespart. Die Verbindung zur SPS ist über das Multi Point Interface gelöst. Von Vorteil war, dass zum Projektieren- und Visualisieren die vorhandene Software ProTool/Pro weiter verwendet werden konnte. Die Westfalen schufen eine einfache Bedien- und Visualisierungsoberfläche, die alle Aspekte des Schweißbetriebs berücksichtigt und sämtliche Aggregate der Anlage integriert.

Ausgehend vom Einstiegsbild gelangt der Bediener in die einzelnen Bildmasken. Das freie Parametrieren von Positionen, Geschwindigkeiten und Override (prozentuale Geschwindigkeitseingabe) der Schweißzangen für den Automatikbetrieb ist auf einer einzigen Seite zusammengefasst. Das erspart den oft mühsamen Weg durch zahlreiche Menüs und führt sehr schnell zu einer ablauffähigen und vor allem kollisionsfreien Konfiguration.

Für eine Prozesssicherheit werden alle Schweißstellen auf einen Blick visualisiert. Vollständig ausgeführte Punkte sind grün dargestellt, nicht oder nicht richtig geschweißte Punkte rot. Im zweiten Fall stoppt die Anlage. Der Bediener erhält eine Fehlermeldung in Klartext und muss die Entnahme des fehlerhaften Teiles quittieren. Erst dann läuft die Produktion weiter. „Diese Fehlerlokalisierung hat auf Anhieb den Zuspruch des Anwenders gefunden,“ sagt Noack und verweist auf herkömmliche „Ampelanlagen“ die keinerlei Aussagen über den Ort eines Fehlers ermöglichen.

Im Zusammenspiel von Panel-PC 670 und der Anlagensteuerung S7-300 werden auch die sieben Servoachsen für die Bewegungen der Schweißzangen sowie des Drehtellers frei programmiert und bedient. Der Panel-PC übernimmt in diesem Fall die Vorverarbeitung für die SPS, wozu bisher separate Module erforderlich waren. Um die Multifunktionalität der PC-Lösung auszuschöpfen, hat Gatzsch außerdem die Einstellung/Steuerung der Schweißquellen in den Panel-PC verlagert. Statt wie bisher im Schaltschrank lassen sich Parameter wie Schweißstrom, Impulsdauer, Einsinkweg und Anpresskraft für den so genannten Stepper nun komfortabel und direkt am Bedienpult der Maschine einstellen. Vorher musste dies aufwendig von Hand für jeden einzelnen Schweißpunkt wiederholt werden. Jetzt können die Daten in einer Excel-ähnlichen Tabelle auf Festplatte gespeichert, beliebig oft kopiert und auch in andere Schweißprogramme eingefügt werden. Die optimierten Daten sendet der Panel PC 670 über die integrierte serielle Schnittstelle an die Schweißquellensteuerung.

Ein Vorteil beim Projektieren mit ProTool/Pro ist laut Carsten Noack, „dass man Bildmasken auch noch während der Inbetriebnahme schnell ändern und eventuelle Zusatzforderungen des Anwenders jederzeit erfüllen kann.“

Die Werner P. Gatzsch GmbH aus Attendorn-Ennest konzentriert sich seit 20 Jahren auf die Schweißtechnik. Kunden finden sich in der Automobilindustrie, Stahlumformtechnik sowie Sanitär, Stahl-, Maschinen- und Gerüstbau. Gatzsch setzt alle gängigen Schweißtechnologien und -verfahren ein und realisiert daraus individuelle Standard- oder Sonderschweißsysteme. Dazu zählen insbesondere auf dem Widerstandschweißen basierende Punkt-, Buckel-, Rollnahtschweißmaschinen, Vielpunktanlagen, aber auch einfache Punktschweißzangen, wahlweise umgesetzt in Wechsel- oder Gleichstrom-, Mittelfrequenz- oder Impulsschweißtechnik. Hinzu kommen die Lichtbogenschweißverfahren MIG-MAG-Plus, MIG-Löten, WIG und Plasmaschweißen. Um aus dieser Vielfalt optimierte Anlagenlösungen anbieten zu können, verfügt Gatzsch über ein eigenes, komplett ausgestattetes Technikum für Schweißversuche aller Art.