28.10.2016

Lichtgitter sichern Produktionsanlage für Rolladenmotorbaugruppen

Strahlenschutz

Lichtvorhänge gibt es viele. In einem Automatisierungsprojekt für den Rolladenmotorenhersteller Elero beweist Turck mit den EZ-Screen-Modellen von Banner Engineering, dass die Unterschiede durchaus gravierend sein können: keine Blindzonen, einfacher paralleler Anschluss von Sender und Empfänger sowie die Möglichkeit zur Kaskadierung gaben den Ausschlag. Ein Pick-to-Light-System zur Sicherung der Produktionsqualität rundet das Automatisierungsprojekt ab.

Autor: Helmut Röder, Hans Turck GmbH & Co. KG.


Gelbe Gasse: Sechs Banner EZ-Screen-Lichtvorhänge sichern die drei Pressvorgänge ab
Bild: Hans Turck GmbH & Co. KG

Wenn es stimmt, dass der Fortschritt nicht aufzuhalten ist, dann ist das Smart-Home - das automatisierte und vernetze Haus - in einigen Jahrzehnten so selbstverständlich wie heute Heizung und WC. Das Smart-Home wird automatisch beleuchtet, abhängig von Wetter, Tageszeit und der Anwesenheit von Personen. Die Heizungs-, Belüftungs- und Klimaanlage registriert dies automatisch und weiß, wie warm es die Bewohner gerne haben. Und ein elektronisches Zutrittssystem rundet das System ab. Teil des intelligenten Hauses ist in der Regel auch automatisierte Beschattungstechnik mit elektrischen Rolläden oder Jalousien. Angetrieben werden Jalousien und Rollläden häufig von Motoren der Firma Elero. Die Antriebe sitzen in der Welle und zeichnen sich neben der kompakten Bauform durch ihre Geräuscharmut aus. Mit 330 Mitarbeitern produziert Elero in Beuren im Großraum Stuttgart rund eine Million Antriebe im Jahr. Darüber hinaus bietet die Firma auch die gesamte Steuerungstechnik für die automatisierte Beschattung an - bis hin zur Smartphone-App zur Fernsteuerung der Komponenten. Bisher wurden die Motorbaugruppen noch halbautomatisch produziert. 2013 wurden erste Teile der Motorenfertigung automatisiert, weitere Linien werden in diesem Jahr folgen. Elero setzt dabei auf die Beratung des Elektrogroßhändlers Emil Löffelhardt. Die Firma ist Mitglied der Deha-Gruppe, einem überregionalen Verbund von Elektrogroßhändlern. Im jüngst erscheinen Sensorik-Katalog 2013/2014 der Deha-Gruppe findet man viele gelblastige Seiten, denn Löffelhardt setzt in seinen Projekten auf zahlreiche Turck-Lösungen. Auch Uwe Binder, Fachberater des Großhändlers, vertraute im Automatisierungsprojekt mit Elero auf Sicherheitslichtgitter und andere Produkte aus dem Portfolio des Mülheimer Automatisierungsspezialisten.

Teilautomation am wirtschaftlichsten

Elero hat jetzt die erste Montagestrecke für Rollladenmotorbaugruppen automatisiert, auf der vier Bauteile an drei Stationen eingebaut werden. An der ersten Station wird ein Kugellager, an einer zweiten ein Sperr- und ein Federelement und an der dritten ein Magnet eingepresst. Früher bedienten die Mitarbeiter die Pressen von Hand. Heute führt ein Förderband die Motoren von Station zu Station. Linearachsen pressen die Bauteile an den drei Stationen ein. Handarbeit ist nur noch beim Einlegen der Teile erforderlich. Diesen Arbeitsschritt auch zu automatisieren, lohnte sich bei den gegebenen Stückzahlen noch nicht, wie Berechnungen des Motorenherstellers ergaben. Ziele der Automatisierung sind eine gesicherte, gleichbleibend hohe Produktqualität und eine Verringerung von Fehlern im Prozess. Außerdem entlastet der Verzicht auf das manuelle Pressen die Arbeitskräfte in der Motorenfertigung. Die Motorbaugruppe fährt auf einem Materialträger zur ersten Station. Eine K50-Leuchte mit eingebautem Lichttaster zeigt dem Arbeiter das Fach mit dem einzulegenden Kugellager an. Obwohl an dieser Stelle nur ein Typ von Lager eingebaut werden kann, schätzt Elero den Vorteil der gesicherten Entnahme des Lagers. Mit dem Lichttaster registriert die K50-Leuchte, ob ein Teil entnommen wurde und knüpft den folgenden Pressvorgang an diese Bedingung. Der Materialträger fährt nach dem Einlegen des Kugellagers weiter zur ersten Pressstation. Sobald der Pressvorgang beginnt und die Linearachse hinabfährt, löst sich ein Magnet und aktiviert über die Steuerung die Lichtvorhänge. Sie schützen die Werker bei einem Eingriff in die Presse. Gerät dennoch ein Gegenstand oder Körperteil während des Pressvorgangs in den Lichtvorhang, unterbricht die Sicherheits-SPS den Prozess sofort. An der zweiten Station sind zwei K50-Leuchten verbaut, die dem Werker die einzubauenden Teile anzeigen. Hier ist, wie auch an der dritten Station der Montagelinie, ein EZ-Screen-Lichtvorhang verbaut.

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Kaskadierung spart Platz im Schaltschrank

Der Vorteil der Lichtgitter von Banner Engineering, Turcks Partner für Opto-Elektronik, ist dabei, dass die Geräte keine Blindzone haben. "Die Gehäuselänge der Geräte entspricht eins zu eins der Schutzfeldhöhe. Ohne diese Eigenschaft hätte man die Lichtgitter hier nicht einsetzen können", erklärt Uwe Binder einen Vorteil der EZ Screens. Ein weiteres Feature überzeugte Oleg Oster, Abteilungsleiter Betriebsmittelbau bei Elero: "Die Kabel des Sender- und des Empfängerteils der Lichtgitter sind beide achtadrig ausgelegt." Eigentlich benötigt der Sender nur fünf Adern, um aber den Anschluss am Schaltschrank zu erleichtern, hat Banner die Aderanzahl von Sender und Empfänger angeglichen. Am Sender sind dementsprechend drei Adern nicht aufgelegt. "Der Vorteil der Banner-Lichtvorhänge ist, dass ich einfach die Adern der beiden Kabel parallel in der Steuerung aufklemme. Ich muss nicht lange überprüfen, welche der 16 Adern zum Sender und welche zum Empfänger gehört", beschreibt es Oleg Oster. "Die beiden Teile des Lichtgitters erkennen sich dann automatisch, ich muss nichts kalibrieren oder einrichten." Mit einem Y-Verteiler kann sogar mit einem Kabel ein Sender- und Empfänger-Paar angeschlossen werden. Damit spart der Anwender Zeit und Platz im Schaltschrank. Bis zu drei Paare von Sendern und Empfängern lassen sich mit einem achtpoligen Kabel anbinden. Voraussetzung für diese Kaskadierung ist, dass alle Lichtgitter dieselbe Bedingung überprüfen. Die mögliche Alternativlösung einer mechanischen Tür-Sicherung des Einpressvorgangs verwarfen Oleg Oster und Uwe Binder schnell. Zu aufwändig wären Einrichtung, Montage und Wartung gewesen. Auch preislich war diese Alternative nicht attraktiv.

Pick-to-Light erhöht Produktionssicherheit

Durch das Pick-to-Light-System kann Elero den Produktionsprozess permanent kontrollieren. Am Ende der Produktion steht eine Entnahme der NIO-Teile (Nicht in Ordnung). Hier überprüft ein QS18-Lichttaster, ob die fehlerhaften Rohrmotoren auch wirklich von den Materialträgern entfernt werden. Dazu musste Oleg Oster den Sensor lediglich auf einen Punkt teachen. Das zu detektierende Teil wird vor die Lichtschranke gehalten, der Sensor ist mit zwei Klicks eingeteacht. Die Firmware legt automatisch ein Schaltfenster von einem Zentimeter um den eingeteachten Punkt, die Bereiche vor und hinter diesem Fenster sind ausgeblendet. Diese Funktion ist bei vielen Lichttastern entweder gar nicht vorhanden oder sie muss aufwändig über zwei Schaltpunkte parametriert werden.

Empfehlungen der Redaktion

EN13849-1

Da Elero die Maschinen zur Produktion ihrer Motoren größtenteils selbst herstellt, muss sich das Unternehmen gemäß der Maschinenrichtlinie verhalten. Teil dieser Richtlinie ist die Europäische Norm EN13849-1, die vom Maschinenbauer eine Risikobeurteilung für seine Maschine fordert. Dazu muss der Maschinenbauer den für die Maschine benötigen Performance Level festlegen - den sogenannten PLR (Performance Level Required). Zur Bewertung von sicherheitsbezogenen Maschinen und Steuerungen nach EN13849 können Maschinenbauer auf den Software-Assistent Sistema (Sicherheit von Steuerungen an Maschinen) zurückgreifen. Das Programm hilft dabei zu überprüfen, ob die ausgewählten sicherheitsrelevanten Komponenten - von der Steuerung bis zum Lichtvorhang - auch dem errechneten Performance Level entsprechen. "Es war sehr hilfreich, dass ich in den Sistema-Bibliotheken die Datenbausteine für alle eingesetzten Produkte von Turck und Banner gefunden habe", sagt Oleg Oster. Er wählt die Komponenten einfach aus und fügt sie seinem Maschinenprojekt hinzu, statt umständlich die richtigen Stellen für die entsprechende Angabe aus den Produktdatenblättern zu suchen und manuell einzugeben. Das erleichtert den Nachweis des errechneten Performance Levels erheblich. Elero ist sowohl mit der Beratung, dem technischen Support von Turck, wie auch den Produkten selbst sehr zufrieden. 2014 wird die Automatisierung der Elero-Produktionslinien daher auch weitergeführt. Zwei ähnliche Maschinen zur Rohrmotorenfertigung stehen noch an.

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