Wenn aus Wochen Stunden werden

Highlight der Univercell genannte Rohrbiegemaschine von Unison aus dem US-amerikanischen Jacksonville in Florida ist die Kombination der Prozesse Laden, Endenformen, Biegen und optisches Prüfen an nur einem Arbeitsplatz. Schlüsselelement ist ein beweglicher Roboterarm für alle Zwischenbewegungen und Transporte, der optimal zu steuern ist. Dies erledigt die NextMove-e100-Maschinensteuerung der Baldor System GmbH aus Kirchheim bei München. Diese Steuerung verwaltet vier MicroFlex-e100-Servomotorantriebe, die die Halterung des Rohrbiegekopfes, Druckguss- und Biegearmachsen sowie das Betätigen des Endenformungswerkzeugs für das Kelchen und/oder Einengen verwaltet. Neben diesen Kernfunktionen führt die Steuerung auch Regie bei allen E/A der Zelle. Weiteres Entwicklungsziel war eine kompakte Stellfläche der Maschine. Hier hat das Verketten des Powerlink-Hochgeschwindigkeitsnetzwerks die Größe des elektrischen Systems – und die Verkabelungs- und Systemherstellungsaufgaben – um rund 50 % im Vergleich zu einer konventionellen analogen Bewegungssteuerung verringert.

Für dieses Projekt liefert das Netzwerk mit 100 MB/s Datenrate die Bandbreite, um jede Position des Motors und die Drehmomentparameter schnellst möglich zu steuern. Das Ergebnis ist eine präzise Kontrolle über den Biegeprozess. Das Netzwerk erleichtert außerdem das Bereitstellen der lokalen E/A, die kostenoptimiert mit dem CANopen-Geräteprofil angesteuert werden.

Ein weiterer Grund für die Auswahl von Powerlink war die Flexibilität bei der Systemerweiterung und -Entwicklung. Wenn beispielsweise einmal große Mengen von Kraftstoff-, Wasser- oder Hydraulikkomponenten produziert werden, sind Stücklisten von großer Wichtigkeit. Andererseits sollte das Zellenkonzept auch Anwendern zusagen, die kleine Chargen bearbeiten müssen. Dazu dient die Frontend-Benutzeroberfläche am System. Dieses befindet sich auf einem Laptop, der bei Bedarf mit der NextMove-Steuerung der Zelle verbunden wird, um das gewünschte Produktionsprogramm herunter zu laden. Mithilfe einer üblichen Powerlink-Gateway-Vorrichtung kann die Zelle problemlos mit einem PC oder einem konventionellen Ethernet-Netzwerk verbunden werden.

Eine andere Erweiterungsmöglichkeit sieht Mike Kay, leitender Ingenieur von Unison beim Univercell-Projekt, in weiteren Bewegungssteuerungsachsen für komplexere Endenformung oder beim Etikettieren oder Kennzeichnen der Biegeteile. Die meisten konventionellen Bewegungssteuerungen können nur mit einer bestimmten Anzahl Achsen umgehen. Hier ist die Anzahl der Achsen fast unbegrenzt. Dank dieser Flexibilität kann Unison die Maschine schnell für zukünftige Anwendungen anpassen.

Die hier eingesetzte Powerlink-Technologie lässt sich mit der High-Level-Sprache Mint programmieren. Sie ist vom Stil her der Basic-Programmiersprache ähnlich, unterscheidet sich von ihr jedoch durch fortschrittliche strukturierte Programmfunktionen, Multitasking-Unterstützung und einer sehr großen Bibliothek aus Schlüsselwörtern, die einsatzbereite Software für allgemeine Bewegungssteuerungsfunktionen (und andere Maschinensteuerungsfunktionen) liefern. Mithilfe von Mint und den Entwicklungstools schrieb die Unison-Entwickler die Software für die gesamte Zelle in nur knapp zwei Wochen. Dies beinhaltete auch die Schnittstelle zum PC-Frontend, die dank der kostenlosen Verfügbarkeit von ActiveX-Tools vereinfacht wurde. Erleichterte wurde auch die Windows-basierte PC-Anwendung, die mit der Zellensteuerung über USB kommuniziert. „Die Powerlink-Hardware verringert die Komplexität der Systemerstellung und die Softwareunterstützung der Steuerung von Baldor machte die Entwicklung besonders einfach“, blickt Mike Kay zufrieden auf das Projekt zurück.

Die Softwaresteuerung der Maschine liefert weitere technische Vorteile, beispielsweise viel größere Kontrolle über den Biegeprozess. Eine Feineinstellung des Drehmoments oder der Bewegungsprofile optimiert die Biegequalität. Komplizierte Formen, deren Herstellung auf einer konventionellen Hydraulikmaschine möglicherweise schwierig sein könnte, können ebenfalls problemlos produziert werden, da die Maschine Zwischeneinstellungen oder Bewegungen zwischen den Phasen vornehmen kann, um beispielsweise eine Kollision zu verhindern. Diese Programmierbarkeit kann auch zum Optimieren der Zykluszeit genutzt werden – indem nur die erforderlichen Mindestbewegungen erfolgen.

Das Programmieren der Zelle für eine Anwendung kann dank des leistungsfähigen Frontend-Softwarepakets Unibend von Unison und der mit dem Roboter gelieferten benutzerfreundlichen Lernsoftware sehr schnell erreicht werden. Für das Programmieren der Biegungen und Endenformungen ist nur die Eingabe der Daten wie Position, Winkel, Rotation und Drehmoment erforderlich und die Maschine wird automatisch eingerichtet. Alle vom Roboter benötigten Zwischenbewegungen können dann durch einfaches manuelles Positionieren des Arms und Erfassen der Daten programmiert werden. „Mithilfe dieser einfachen Techniken kann ein komplettes Zellenprogramm in weniger als einer Stunde leicht erstellt werden“, sagt Mike Kay. Die Fertigungsprozesse und die mit der Bewegung verbundenen Arbeitsschritte sind ebenfalls getrennte Phasen eines Zellenprogramms, die die Vornahme von Modifizierungen wie Feineinstellen des Biegens oder der Endenformung oder Bewegungsoptimierungen schnell und ohne Erzeugung eines neuen Programms ermöglichen.

Die Biegezelle verarbeitet Teile mit einer 0,1-mm-Genauigkeit. Obwohl sie für sich wiederholende Anwendungen mit großen Mengen optimiert ist, ermöglicht die Flexibilität des Roboterarms auch die problemlose Konfiguration für die Kleinserienfertigung. Genauigkeit und Wiederholbarkeit sichert die Steuerung durch ihren geschlossenen Regelkreislauf. Die driftfreie Leistung bedeutet in der Praxis, dass die Maschine durch das Laden entsprechender Programme sofort für das Fertigen von Teilen eingerichtet ist. Es müssen nicht erst Testteile erstellt werden, bis die endgültige Konfiguration fertig gestellt ist.

Energieeffizienz ist ein weiterer wichtiger Vorteil der neuen Biegezelle, da sie nur während des tatsächlichen Biege- und Formvorgangs Strom verbraucht. Es muss kein Druck für ein Hydrauliksystem aufrechterhalten werden, weder für die Biege- noch für die Endenformungswerkzeuge. Die Zelle ist für den kontinuierlichen Einsatz gedacht und kann problemlos Tausende von Teilen pro Tag fertigen. Bei einem typischen Energieverbrauch von ungefähr 1,5 kW/h (gemessen mithilfe eines Beispielteils mit drei Biegungen und einer Endenformung, einschließlich Stapeln am Ende des Prozesses und einer 100-%-Inspektion) betragen die täglichen Stromkosten für den Betrieb ungefähr 7 Euro.

Werner Möller werner.moeller@konradin.de

Anzahl der Achsen und Funktionen sind unbegrenzt

Für Serien und kleine Losgrößen geeignet