Metall verarbeitende Industrie Modernisieren von Steuerung und elektronischen Komponenten bei Werkzeugmaschinen spart Geld

Standzeiten von Werkzeugmaschinen im Jahrzehntbereich sind keine Seltenheit. Während die solide Mechanik vom Zahn der Zeit weitgehend unbeeindruckt bleibt, sind zunächst Steuerungskomponenten und meist auch die Antriebstechnik nach einigen Jahren nicht mehr aktuell. Statt die komplette Maschine auszuwechseln, kann mit einem Retrofit der der Steuerung und der elektronischen Komponenten viel Geld gespart werden.

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Als Alternative zum kompletten Neukauf einer Maschine bietet es sich an, betagte elektronische Komponenten auf einen zeitgemäßen Stand zu bringen. Eine solche Modernisierungsmaßnahme, auch Retrofit genannt, kann ganz unterschiedlich ausfallen: Je nach Anlagenzustand und – möglicherweise veränderten – Anforderungen an die Fertigung kann der Austausch der numerischen Steuerung (CNC), das Ersetzen der Antriebstechnik oder das Hinzufügen oder Entfernen von Zusatzkomponenten die geeignete Maßnahme sein.

Verbesserte Leistungsfähigkeit durch moderne Steuerung

So lassen sich auch ältere Anlagen unter Berücksichtigung aktueller Standards und gesicherter Garantieleistungen zukunftssicher weiterhin in das Fertigungsumfeld einbinden. Bei der Reparatur defekter Komponenten kann die langfristige Verfügbarkeit von Ersatzteilen sichergestellt werden. Die Nutzung einer modernen Steuerungs- und Antriebstechnik führt weiterhin zu einer deutlichen Steigerung der Anlagenproduktivität, einer verbesserten Fertigungsqualität und mehr Maschinen- und Arbeitssicherheit unter Berücksichtigung aktueller gültiger Normen.

Bislang für nur einen einzigen Produktionsprozess konzipierte Maschinen lassen sich durch ein Retrofit zu einem flexiblen und dynamischen Werkzeug mit verbesserter Taktzeit aufrüsten. Ergänzt durch die Implementierung moderner Features und Komponenten stehen neue und erweiterte Funktionalitäten zur Verfügung. Damit kann dem Trend zu immer kürzer werdenden Produktions- und Technikzyklen auch mit vorhandener Maschinentechnik entsprochen werden.

Weiterhin werden einen Retrofit die Zuverlässigkeit und die Bedienfreundlichkeit der Maschine erhöht. Die Vernetzung im Feld-, Produktions- und Bürobereich ermöglicht eine durchgängige Automatisierung, die auch die Motivation der Mitarbeiter durch reibungslose Fertigungsabläufe positiv beeinflusst.

Renovierte Maschinen und neue Sicherheit

Im Bereich Anwendungstechnik bei der Thyssen-Krupp Steel (TKS) in Duisburg existierte eine CO2-Laseranlage aus dem Jahre 1985 und eine CO2-Zweistationenanlage Baujahr 1991. Mechanisch robust, steuerungstechnisch veraltet.

Bei der Neuanschaffung eines zeitgemäßen CO2-Slab-Lasers kam der Wunsch auf, die Bearbeitungsstationen einer Verjüngungskur (Bild 1) zu unterziehen. Diese sollte ein zeitgemäßes Sicherheitskonzept enthalten und mit einer durchgängigen Vernetzung der Anlagen verbunden sein, die auch die Produktionsplanung einbezieht. Die Arbeitsstationen sind als Bearbeitungszellen realisiert, die über eine Strahlweiche und ein Strahlführungssystem die exklusive Anforderung des Lasers erlauben.

Intelligente Laserzuteilung an drei Stationen

An den Stationen, die nicht über den Laser verfügen, können bis auf die eigentliche Materialbearbeitung mit Laserstrahlung ebenfalls alle Arbeiten wie Einrichten, Umrüsten, Programmerstellung und die Simulation der Bearbeitung ohne Laser ausgeführt werden.

An der Station, an der mit dem Laser gearbeitet wird, hat der Bediener die Möglichkeit, den Prozess lokal, das heißt innerhalb der Zelle an der CNC, zu starten. Hierfür sind alle Außen- und Zwischentüren zu schließen und zu quittieren. Nur über eine Zweihandfreigabe, bei der zwei Knöpfe gleichzeitig an der Steuerung mit zwei Händen gedrückt gehalten werden müssen, lässt sich das NC-Programm ausführen und die Laserstrahlung freigeben. Diese Maßnahme erzwingt, dass sich der Bediener während der Bearbeitung an einer sicheren Position befindet.

Weiterhin kann der Bearbeitungsprozess auch von außerhalb der Zelle (fern)gestartet werden (Bild 2). Hierfür befinden sich an der entsprechenden Außentür nicht nur alle notwendigen Tasten wie NC-Start, NC-Stopp und Not-Aus, sondern auch ein Außendisplay, welches die Oberfläche der NC-Steuerung anzeigt und als Touchpad ausgeführt auch Bedienereingaben entgegennehmen kann. Der Prozess lässt sich durch die Sicherheitsscheiben beobachten. Das neue Sicherheitskonzept wurde von Beginn an in enger Abstimmung mit den Beauftragten für Arbeits- und Lasersicherheit von TKS entwickelt und mit den Bedienern abgestimmt.

Offene CNC für spezifische Funktionalitäten

Als numerische Steuerungen wurden drei identische CNC PA8000e des Herstellers Power Automation ausgewählt. Diese bieten die Möglichkeit, über so genannte Compilezyklen spezifische Funktionalitäten umzusetzen. So musste für eine der Anlagen, deren Rundachsenbewegungen nicht unabhängig voneinander sind, eine geeignete Achskompensation integriert werden. Weiterhin verfügt die NC über ein offenes HMI-Konzept, welches die kundenspezifische Ausgestaltung der Anzeigen und Menüs erlaubt. So war es beispielsweise möglich, die Bedienung der Lasersteuerung vollständig in die HMI zu integrieren.

Darüber hinaus wurde ein LAN-basiertes Intranet eingerichtet, welches die Steuerungs-PC und einen über WLAN angebundenen drahtlosen Tablet-PC (Bild 3) beinhaltet. Über ein Gateway ist dieses Netzwerk an den Office-Bereich von TKS angebunden, um eine durchgängige und dezentrale Produktionsplanung betreiben zu können. Ein weiteres, gesichertes Gateway ermöglicht einen Fernzugriff über das Internet. Dieser erlaubt Ferndiagnosen und -wartungen, Updates und Support für den Systemintegrator und die Hersteller der CNC und des Lasers.

Direkte und indirekte Programmierung der Steuerung (NC)

Für die Programmerstellung vor Ort (WOP) lässt sich ein modernes Teach-Panel (Bild 4) mit dem Tablet-PC kombiniert einsetzen. Das Teach-Panel erlaubt das Verfahren aller Achsen und das Speichern der angefahrenen Koordinaten direkt im Bearbeitungsraum am Werkstück. Die vollständige NC-Steuerungsoberfläche kann zusätzlich auf dem handlichen drahtlosen Tablet-PC mitgenommen und auch bedient werden.

Alternativ erfolgt die Programmgenerierung dezentral über ein CAD-System. Dank der Vernetzung ist ein direktes Einspielen der NC-Programme auf die jeweilige NC-Steuerung vom Büroarbeitsplatz aus möglich.

Die Bediener-Crew von TKS wurde in einer Schulung zu den Themen Retrofit („Was ist anders?“), Bedienung sowie NC-Programmierung auf die Neuerungen vorbereitet. Mittlerweile ist die Umstellung vollzogen und alle Mitarbeiter sind eingearbeitet.

Stefan Wischmann, Leiter des Bereiches Strahl- und Sensortechnik der Anwendungstechnik bei Thyssen ist zufrieden: Dank der Konzepterstellung und -umsetzung des Retrofits durch die S&F Systemtechnik GmbH konnten die Durchlaufzeiten drastisch gesenkt werden. Insbesondere die intelligente Vernetzung mit dem CAD ermöglicht eine Flexibilität, die für die Aufgaben im Bereich der Produktfreigabe und des Prototypings ideal ist.

Dipl.-Ing. Lars Böske ist Projektleiter Retrofit und Modernisierung bei der S&F Systemtechnik GmbH, 52074 Aachen, Tel. (0241) 8906-4 34, Fax (0241) 8906-465, info@sf-systemtechnik.de

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