Kurze Taktzeiten, präzise Positionierung, schnelles Umrüsten auch bei kleinen Losgrößen sowie ein perfektes Zusammenspiel von Elektrik, Pneumatik und Mechanik: Die Anforderungen an Systemlösungen für Montage- und Handhabungsaufgaben sind vielfältig. Sonder- und Auftragskonstruktionen prägen den Alltag hier wie in keinem anderen Bereich des Maschinenbaus. Für Systemintegratoren und Maschinenhersteller besteht die größte Herausforderung darin, mit geringstem Engineeringaufwand maßgeschneiderte, oft technologieübergreifende Lösungen zu realisieren. Endanwender suchen flexible Systeme, die sich schnell und einfach in Betrieb nehmen lassen.Handhabungssysteme übernehmen in der Produktion vielfältige Aufgaben: die Be- und Entladung von Maschinen oder den Transport und die Positionierung von Bauteilen. Das macht sie zum entscheidenden Stellhebel für die Produktivität. Häufig maßgeschneidert, schöpfen sie jedoch wirtschaftliche Standardisierungsvorteile nur selten aus. Oftmals finden Komponenten verschiedener Hersteller Verwendung, die zudem nicht optimal aufeinander abgestimmt sind. Aufwändig gefertigte mechanische Adapterbauteile erschweren Umbauten. Als Folge entsteht Unternehmen bei Produktionsumstellungen ein hoher Engineering-Aufwand, um Handhabungssysteme an neue Anforderungen anzupassen. In der einfachsten Ausführung besteht ein Handhabungssystem aus einem Linearmodul, einem Servomotor und einem elektrischen Antrieb. Die Schwierigkeit besteht darin, den elektrischen Antrieb vor der Inbetriebnahme auf die Mechanik abzustimmen. Hierbei müssen verschiedene Parameter und daraus resultierende Einschränkungen beachtet werden. Dazu gehören: maximale Beschleunigung, Verfahrgeschwindigkeit, Hub und maximal zulässiges Moment sowie die Vorschubkonstante.
Abstimmung zwischen Antrieb und Mechanik
Diese Aufgabe wird bei der Neukonstruktion einer Maschine dadurch erschwert, dass Mechaniker und Elektriker jeweils einen Teil übernehmen. Während ein Mechaniker in der Regel die Lineareinheit sowie den Schaltschrank mit Steuerung und Antrieb festlegt, führt der Elektriker die Inbetriebnahme durch. Dazu gehört auch die meist aufwändige Übertragung der Daten des Linearmoduls in den Antrieb. Für den Servomotor gilt es, 40 bis 60 verschiedene Werte über eine komplexe Bedieneroberfläche zu hinterlegen. Diese muss der Inbetriebnehmer oftmals erst noch in der Dokumentation der Antriebseinheit zusammentragen. Ein Arbeitsschritt, der zum einen zeitaufwändig ist und zum anderen eine Fehlerquelle, etwa bei vergessenen oder falsch eingetragenen Daten, darstellt. Gefordert ist eine Lösung, die das Engineering vereinfacht und den Aufwand reduziert.
Automationsbaukasten als Basis
Voraussetzung für eine durchgängige Vereinfachung ist ein technologieübergreifender Automationsbaukasten wie ihn etwa der Antriebs-und Steuerungsspezialist Rexroth mit Easyhandling zur Verfügung stellt – von Greifern und Drehmodulen über Linearmodule bis hin zu Servomotoren, Antrieben und Steuerungen inklusive Visualisierung. Komponenten und Baugruppen, die in Leistung und Funktion skalierbar sind, reduzieren den Konstruktionsaufwand ebenso wie elektrische und pneumatische Aktoren mit identischen Baumaßen. Komplette Linearsysteme mit verschiedenen Antriebsprinzipien tragen zur Flexibilität bei und verringern den Montageaufwand. Sind mechanische Schnittstellen der Achssysteme aufeinander abgestimmt, können bis zu 75 Prozent der bislang notwendigen und speziell gefertigten Verbindungsteile entfallen. Offene Kommunikationsschnittstellen und standardisierte Programmiersprachen mit vordefinierten Funktionen vereinfachen zudem die Integration eines Handhabungssystems in bereits vorhandene Automatisierungsstrukturen beim Endanwender.Alle Faktoren zusammengenommen erlauben exakt zugeschnittene Lösungen mit einem hohen Standardisierungsgrad. Die Neukonfiguration von Handhabungssystemen ist damit genauso einfach möglich, wie ein Up- oder Downgrade bestehender Systeme. Ein Automationsbaukasten allein ist aber nicht ausreichend, um das Engineering effizienter zur gestalten.
Software verkürzt Inbetriebnahme elektrischer Achsen
Ergänzend hinzukommen müssen durchdachte Software Tools, um den gesamten Engineeringprozess deutlich zu vereinfachen: von der Auswahl und Auslegung der Komponenten und Handhabungssysteme über die einfache Inbetriebnahme bis hin zur Parametrierung und Steuerung. Gezielte Unterstützung bieten Software-Assistenten wie Easywizard, die automatisch achsindividuelle elektrische und mechanische Daten erkennen. Damit lässt sich der gesamte Engineering-Prozess, insbesondere die Inbetriebnahme kompletter Rexroth-Achsen mit Antriebsregler, Motor und Linearmodul, vereinfachen. Bei diesem Software-Tool gibt der Inbetriebnehmer lediglich die Seriennummer des eingesetzten Linearmoduls ein. Diese verweist auf eine Datenbank, in der die benötigten mechanischen Parameter ausgewählter Baugruppen bereits hinterlegt sind. Anhand der Seriennummer erkennt das Software Tool beispielsweise automatisch, ob das Modul einen Zahnriemen oder einen Kugelgewindetrieb nutzt. Darüber hinaus beschreibt diese eindeutig die mechanische Belastbarkeit der integrierten Kugelschienenführungen und anderer Komponenten. Damit genügt die Eingabe einiger anwendungsspezifischer Parameter wie etwa die Montageart des Motors oder die Grenzen des Verfahrbereichs als Software-Endschalter. Eine Achse ist so statt nach üblicherweise zwei Stunden schon nach wenigen Minuten betriebsbereit. Auch bereits installierte Handhabungssysteme lassen sich leicht neu konfigurieren und umrüsten. Automatisierungslösungen müssen sich schnell und einfach realisieren lassen. Bei Handhabungssystemen ist das Engineering ein entscheidender Stellhebel. Skalierbare Systeme mit aufeinander abgestimmten elektrischen, pneumatischen und mechanischen Komponenten schaffen – ergänzt mit entsprechenden Software Tools – die Voraussetzung, um den Aufwand für das Engineering über den gesamten Prozess um bis zu 80 Prozent reduzieren zu können. Dabei führt die Software-gestützte Inbetriebnahme elektrischer Achsen nicht nur zu einer deutlichen Zeiteinsparung, sondern hilft auch, Fehler von vornherein zu vermeiden. Handhabungssysteme können so auch einen entscheidenden Beitrag zur effizienten Realisierung kundenspezifischer Maschinen leisten.☐
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