Erschienen am: 14.11.2017, Ausgabe SPS-MAGAZIN SPS-Special 2017

Retrofit-Lösung für doppelseitige Format- und Kantenleimmaschine

300 Prozent Prozessbeschleunigung

In der Endfertigung von Möbeln sind eine Vielzahl an Formatverstellungen an Format- und Kantenleimmaschinen nötig. Dabei kommt es vor allem auf eine geringe Makulaturquote und eine hohe Prozessgeschwindigleit an. Durch ein gezieltes Retrofit lässt sich eine flexibel einsetzbare Systemlösung erreichen, die sich auf die Anforderungen individueller Formatverstellungen bei bereits existierenden Maschineninstallationen anpassen lässt und über eine wirtschaftliche und funktionale Steuerung verfügt.


Horizontale Achsverstellung an der doppelseitigen Format- und Kantenleimmaschine mit dem Stellantrieb AG06.
Bild: Eurotec International GmbH

Im jüngsten Projekt von Eurotec wurde eine doppelseitige Format- und Kantenleimmaschine vom Typ Homag KF20/22/QA/35 mit einem Retrofit-System von Siko nachgerüstet. Die Maschine befindet sich bei Staufer Holz, wo sie für die Endfertigung von rechteckigen Möbelteilen aus mitteldichten Holzfaserplatten oder Pressspan genutzt wird. Dabei handelt es sich um Schreibtischplatten, Küchenfronten, Schranktüren oder Einlegeböden in noch nicht endbeschnittenen Rohformaten. Außerdem werden über die Maschine rechteckige Schallschutzelemente zur Wand- und Deckenverkleidung formatiert und weiterverarbeitet. Alle Platten sind grob auf Maß zugeschnitten, bevor sie von der Maschine verarbeitet werden. Durchläuft ein Werkstück alle Arbeitsschritte der Maschine, erlangt es am Prozessende das fertige Endmaß.

Anwendungsspezifische Anforderungen

Die anwendungsspezifischen Anforderungen sahen den Ersatz der manuellen Formatverstellung der Achsen durch automatische Stellantriebe an vier Universalfräsen und zwei Standardfräsen vor. Die vorhandene Steuerung der Maschine hatte vor der Nachrüstung keine Möglichkeit, Antriebe automatisch zu steuern. Im Rahmen dieser Umrüstung sollte jedoch keine neue SPS für die gesamte Maschine installiert werden. Das hätte erstens eine längere Stilllegung und damit einen Produktionsausfall nach sich gezogen. Zweitens wäre der Investitionsaufwand sehr hoch gewesen. Die Vorgabe war insofern, eine wirtschaftliche und funktionale Steuerung zu installieren, die die Antriebe zur Formatverstellung steuert und kontrolliert und gleichzeitig die vorhandene Maschinensteuerung beibehält. Jedoch musste die Steuerung in der Lage sein, mit der automatischen Formatverstellung zu kommunizieren. Eine weitere Herausforderung bestand in der Konstruktion der Ankopplung, die die Stellantriebe auf die vorher manuelle Achsverstellung integriert. Aufgabe war es einerseits, für eine adäquate Befestigung zu sorgen, andererseits eine einwandfreie und spielfreie Übertragung zwischen Stellantrieb und Verstellspindel sicher zu stellen.

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Verbesserungspotenzial

Bei der Einstellung von zwölf Achsen war der manuelle Verstellprozess an der Maschine sehr fehleranfällig und zeitaufwendig. Einerseits traten individuelle Fehler beim Übertragen der Produktionsdaten auf die zu verstellenden Achsen auf (falsche Achse/richtiger Wert), andererseits wurden falsche Einstellungen (falscher Wert/richtige Achse) nicht bemerkt. Werkstücke laufen bei einem Maschinenvorschub von 20 bis 24m/min bzw. einer durchschnittlichen Prozessdauer von ca. 30s je Werkstück zügig durch. Angesicht dieser und weiterer potenzieller Fehlerquellen war die Makulaturquote bei mehreren Formatverstellungen sehr hoch. Das Verbesserungspotential quantifiziert sich durch die Anzahl der Formatverstellungen. Je 8h-Schicht müssen in etwa 15 bis 20 Formatverstellungen vorgenommen werden. Jede manuelle Formatverstellung dauert ca. 10 bis 15min. D.h.: In Folge der händischen Formatverstellung entsteht pro Schicht ein Produktionsausfall von ca. 2h, bei einem (theoretischen) Dreischichtbetrieb von insgesamt etwa 6h. Vor diesem Hintergrund musste die benötigte Lösung folgende Ziele realisieren:

  • • den Zeitaufwand für eine Formatverstellung,
  • • die Makulatur sowie die
  • • Fehlerquellen bei der Bearbeitung von Aufträgen signifikant reduzieren und kostengünstig sein.

Das Retrofit-System von Siko mit dem Plug&Play-Touchpanel ETC5000 erfüllt diese Bedingungen. Die schlüsselfertige Systemlösung zur Achs- und Spindelüberwachung sowie -verstellung beinhaltet alle erforderlichen Komponenten und ist auf individuelle Anforderungen abgestimmt. Die Systemmodule gewährleisten dabei

  • • eine höhere Maschineneffizienz bei reduzierten Stillstandzeiten,
  • • eine höhere Prozesssicherheit durch überwachte und vollautomatische Formatwechsel,
  • • eine hohe Reproduzierbarkeit durch automatischen Varianzausgleich und
  • • eine Beschleunigung der Systemintegration durch ein betriebsbereites HMI in Form des Plug&Play-Touchpanels.

Das für die Maschine individuell konfigurierte Retrofit-Paket besteht deshalb aus

  • • einem Easy-Touch-Control-HMI vom Typ ETC5000, inkl. betriebsbereiter Steuerungssoftware,
  • • der Feld-Peripherie, in dieser Anwendung Stellantriebe der Typen AG05 und AG06,
  • • einem busfähigen Hutschienenmodul des Typs IO20 mit jeweils acht digitalen Ein- und Ausgängen zur Auswertung und Ansteuerung externer Sensoren und Aktoren
  • • sowie dem erforderlichen Zubehör wie Kabel oder Stecker.

Durch die Aufrüstung der Maschine mit dem Retrofit-System von Siko wurden alle Achsen zu Numerical-Control (NC)-Achsen. Mit dem HMI wurde vor der Inbetriebnahme die Parametrierung für jede einzelne Achse durchgeführt. So ließ sich z.B. die Spindelsteigung parametrieren. Die Basiskonfiguration ist erforderlich, damit das System weiß, welchen Weg jede Achse nach einer vollständigen Spindelumdrehung zurücklegt. Nach Abschluss der Parametrierung wurden die einzelnen Produktprofile angelegt. Eurotec assistierte dem Maschinenführer beim Anlegen der ersten Produktprofile, danach wurde diese Tätigkeit vom Bediener selbst ausgeführt. Nach vier Monaten Betriebszeit befanden sich etwa 50 Produktprofile in dem System. Das Ergebnis verdeutlicht die intuitive Bedienung über ein HMI und attestiert dem System ein einfaches Handling. Per Touchscreen lassen sich die einzelnen Produktprofile auswählen. Nach erfolgter Auswahl werden sie in Form von Steuerbefehlen an die Stellantriebe gesendet und führen an den einzelnen Arbeitsstationen die in dem jeweiligen Profil vordefinierten Bewegung bzw. Achsverstellung aus. Die Stellantriebe fahren simultan in Position und verweilen in dieser mit einer eigenständigen Positionslageregelung, bis eine neue Anweisung vom HMI an die Stellantriebe erfolgt. Dieser Vorgang - die eigentliche Formatverstellung - dauert maximal 2,5min. Um diesen operativen Status zu erreichen, musste noch eine mechanische Anforderung umgesetzt werden. Hierfür wurden für alle zwölf Verstellspindeln Adapter gefertigt, um die mechanische Kupplung zwischen Spindelstockflansch und Stellantrieb zu erleichtern. Die Kommunikation zwischen der Maschinenhauptsteuerung mit ihren Aktoren und Sensoren und dem Touchpanel wird über ein Hutschienenmodul vom Typ IO20 gemanagt. Es funktioniert als Bindeglied, um vordefinierte Rezept- bzw. Profilbedingungen des Touchpanels an die Hauptsteuerung zurückzumelden. Eine Bedingung ist, dass die Maschine z.B. nur dann anlaufen darf, wenn sie tatsächlich mit Holz bestückt ist. Dieser Maschinenzustands-Check wird unter Einsatz von Lichtschranken durchgeführt. Befindet sich Holz in der Anlage, ist die Lichtschranke unterbrochen. Das Hutschienenmodul gibt ein OK an die Maschinensteuerung weiter, die grüne Lampe geht an, die Maschine startet die Produktion. Das Modul macht das HMI zu einem offenen System, das mit anderen Geräten und Komponenten kommuniziert.

Fazit

Durch das Retrofit-System zur automatisierten Formatverstellung wurde der Zeitaufwand für eine Formatumstellung von vorher 10 bis 15min auf 2,5min reduziert. Jetzt kann sich der Bediener während der Formatverstellung auch um Sekundärarbeiten kümmern. Es kann insgesamt von einer durchschnittlichen Prozessbeschleunigung von 300 Prozent ausgegangen werden. Die Makulaturquote ließ sich zudem signifikant reduziern, weil Falscheinstellungen bei systemkonformer Bedienung nicht möglich sind. Das HMI gewährleistet dabei ein kontinuierliches Monitoring. Während bei manueller Formatverstellung bereits ein kontinuierlicher Materialverbrauch anfiel, um die Einstellungen am Werkstück zu prüfen, tendiert dieser Ausschuss beim Einsatz des Retrofits gegen Null. Darüber hinaus ist die Maschine keinerlei individuellen Fehlerquellen mehr ausgesetzt. Bei der Homag-Maschine wurde nach dem Retrofit eine theoretische Genauigkeit von 0,01mm errechnet. Ein Wert, der die Zielvorgabe übererfüllt. D.h.: Die Positionierung der Stellantriebe ist jetzt sogar exakter als erforderlich.

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