Sidoor von Siemens Sicher den Takt erhöhen mit automatischen Türsystemen

Autor / Redakteur: René Houdek / Andrea Gillhuber

Mit einem neuen, dezentralen Komplettantrieb wurde das automatische Türsystem einer Werkzeugmaschine modernisiert. Das Ergebnis: weniger Fehler und mehr Sicherheit.

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Mit der autarken Steuerung „Sidoor“ von Siemens lassen sich alle notwendigen Normen ohne zusätzlichen Aufwand und mit Sicherheit erfüllen, die für Tür- und Torantriebe relevant sind.
Mit der autarken Steuerung „Sidoor“ von Siemens lassen sich alle notwendigen Normen ohne zusätzlichen Aufwand und mit Sicherheit erfüllen, die für Tür- und Torantriebe relevant sind.
(Bild: Siemens)

Im Zuge einer Modernisierungsstrategie wurden die automatischen Türsysteme der Werkzeugmaschinen von Stama Maschinenbau einem Redesign unterzogen. Ergebnis: Mit dem neuen, dezentralen Komplettantrieb ergeben sich Vorteile, bei denen pneumatische und Standardservosysteme kaum mithalten können. Und selbst die Sicherheitstechnik ist bei diesem Türsystem schon mit an Bord. „Auf den ersten Blick ist es nur eine Türe – in letzter Konsequenz ist es allerdings ein wichtiges Schutzelement, das sich harmonisch und taktsynchron in die Effizienz der gesamten Maschinenautomation einfügen muss.“ Für Matthias Schwarz, Leiter der Steuerungstechnik bei der Stama Maschinenfabrik GmbH in Schlierbach, ist deshalb der kürzlich durchgeführte Technologiewechsel ein bedeutender Innovationsschritt. Denn in den qualitativ hochwertigen Bearbeitungszentren übernimmt nun das Sidoor-Türantriebs- und Steuerungssystem von Siemens den Takt für die automatische Türbewegung. Den Grund dafür beschreibt der Praktiker folgendermaßen: „Diese Komplettlösung ist eine phänomenale Einheit, die technisch und wirtschaftlich das sichere und taktsynchrone Öffnen beziehnungsweise Schließen von Türen perfektioniert.“

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Die Details zeigen, was er damit meint: Beispielsweise seien Sidoor-Systeme gegenüber den vorher individuell angepassten, servomotorischen Türantriebslösungen etwa 20 % günstiger. Noch gravierender falle der Vorteil im Hinblick auf die Inbetriebnahme aus, wie der Steuerungsfachmann betont: „Die Inbetriebnahmezeit der Sidoor-Lösung ist etwa 75 % kürzer als bei einem normalen Servoantrieb und benötigt nur eines Zehntels der Zeit, die man für die Inbetriebnahme einer pneumatischen Türsteuerung braucht.“

Dezentraler, fehlersicherer Komplettantrieb integriert

Zum Hintergrund: Beim Redesign der mehrspindligen Bearbeitungszentren für eine hocheffiziente und präzise Zerspanung von Werkstücken wurde größtenteils auch das Türsystem unter die Lupe genommen. Entscheidend ist, dass die Schiebetüren schnelle und sichere Bewegungen ausführen – ganz gleich, ob in einer roboterbestückten Zelle oder bei manueller Be- und Entladung.

Ein Vorteil der Sidoor-Familie ist: Das fehlersichere System arbeitet vollkommen autark und lässt sich über unterschiedliche Kommunikationswege wie Profinet oder Profibus in die bestehende Steuerungsumgebung integrieren.

Ein weiterer Vorteil ist: Der automatische Türantrieb arbeitet momentgesteuert, bedarf lediglich einer kurzen Lernfahrt und optimiert dabei alle notwendigen Programmparameter selbst. Das funktioniert folgendermaßen: Unter der werkzeuglos demontierbaren Gehäuseabdeckung befindet sich ein blauer Knopf, der gedrückt werden muss. Alternativ kann der Befehl auch von der Steuerung abgesetzt werden. Anschließend durchläuft der Sidoor-Controller innerhalb von wenigen Sekunden ein definiertes Inbetriebnahmeprofil und ermittelt dabei eigenständig die dynamische Masse, Reibung und die Endlagen, um selbständig die optimale Fahrkurve normenkonform zu berechnen. „Anschließend ist der Türantrieb betriebsbereit, sicher konfiguriert und gemäß der Norm EN 13849-1 als fehlersicheres System mit Perfor- mance Level d dokumentiert“, fasst Schwarz zusammen. Er kommentiert: „Schneller kann eine Inbetriebnahme inklusive kompletter Dokumentation nicht durchgeführt werden.“ Neu ist auch die Zertifizierung der elektrischen Sicherheit nach UL 61010-1/-2-201, was auch den Export von Maschinen auf nordamerikanischen Märkten vereinfacht.

Flexible und sichere Lösung für Türgewichte bis 700 kg

Nach der Inbetriebnahmefahrt besitzt der Türantrieb die von der Norm DIN EN ISO 14129 (Vormals EN 953) für Schutzeinrichtungen geforderten Kraftwerte. „Dass das passt, dokumentieren wir im Zuge der Inbetriebnahme nach der Lernfahrt mit einer Kraftmessdose“, berichtet der Steuerungsfachmann. Das ist wichtig, weil der Trend zu immer größeren Bestückungsöffnungen und somit zu schwereren Türen geht. Der bei Stama eingesetzte Antrieb Sidoor MDG400 NMS von Siemens kann beispielsweise Massen bis zu 400 kg bewegen. Es gibt nun aber auch eine Variante, die bis zu 700 kg bewegen kann, den Sidoor MDG700 NMS, und sich somit auch für große und schwere Tore eignet. Daneben gibt es auch eine kleine Variante für bewegte Massen bis zu 180 kg, den Sidoor MDG180.

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Interessant ist die Anwendung im Bearbeitungszentrum MC 338; sie zeigt anschaulich wie flexibel sich die NMS-Variante einsetzen lässt. Dort bewegen sich zwei unterschiedlich große Türflügel gegenläufig, um die Maschinenöffnung zu schließen. „Mit einer pneumatischen Türsteuerung wäre eine solch spezielle Aufgabenstellung sehr aufwendig oder überhaupt nicht zu realisieren gewesen“, weiß der Leiter der Steuerungstechnik. Mit der Komplettlösung von Siemens indes stellt es keinerlei Problem dar.

Der Grund: Die Antriebsmotoren gibt es nicht nur mit fest montierter Kraftübertragung, sondern auch mit neutraler mechanischer Schnittstelle (NMS) für variable Antriebsübersetzungen. Bei der MC 338 mit dem neuen Türendesign beträgt der Hub des einen Flügels 724 mm und beim anderen Flügel 300 mm. „Durch die individuelle Wahl der Riemenräder, die bei den NMS-Motoren auf der Motorwelle mit Passfeder befestigt sind, lassen sich solche unsymmetrischen Türlösungen problemlos an die Anforderungen anpassen“, erklärt Sabine Fietz von Siemens, die Stama beim Redesign der Türsysteme umfassend beraten hat. Insofern sind Anwender vollkommen frei bei der Wahl des Kraftübertragungssystems wie Zahnriemen, Kette, Zahnstange et cetra.

Etwa 4,5 s dauert das Öffnen der Werkzeugmaschinentüren. Das Besondere gegenüber pneumatischen Lösungen beschreibt Schwarz folgendermaßen: „Ruckartige Bewegungen gibt es mit den Sidoor-Controllern nicht und wir werden von Anwendern sogar darauf angesprochen wie auffallend harmonisch die Türkinematik bei unseren Maschinen funktioniert.“ Schönheit ist das eine, Taktzeit das andere – und die zählt. Auch hier erweist sich der dezentrale Komplett- antrieb als optimale Lösung, denn während der Lernfahrt parametriert sich das System selbst.

Schnell in die Steuerungs- und Sicherheitstechnik integriert

Vorteilhaft ist auch, dass steuerungsseitig zwischen manueller Beladung und eingehauster Roboterbestückung, die noch deutlich schneller arbeitet, unterschieden werden kann. Fietz betont: „Dabei vollzieht der Antrieb aber stets materialschonende Rampenfahrten, sodass auch hier ein spürbarer Unterschied zu Pneumatikantrieben gegeben ist.“ Schwarz ergänzt: „Außerdem ist der Sidoor-Antrieb nach der Lernfahrt perfekt auf die Gewichts- und Momentenverteilung der Türsysteme justiert und die Fahrprofile bleiben exakt reproduzierbar beim Anwender; pneumatisch basierte Lösungen dagegen laufen immer mal wieder Gefahr, dass sich die Türkinematik unter einem veränderten Druckniveau im Alltagsbetrieb verändert.“

Die extrem kurze Entwicklungszeit sieht der Steuerungstechnikleiter als weiteren immensen Vorteil der neuen Lösung. Von Fietz wurde ihm und seinen Kollegen ein Testkoffer zur Verfügung gestellt, mit dem sie sämtliche Möglichkeiten des Türantriebs gewissermaßen „offline“ im Büro erfahren konnten. Ergebnis: In zwei bis drei Tagen war die neue Lösung steuerungstechnisch komplett an die Stama-Werkzeugmaschinen angepasst und konnte in die Maschinensteuerung eingespielt werden.

Vereinfachtes Engineering durch zertifizierte Momentüberwachung

Die Verifizierung der Sicherheitstechnik war in einem Tag erledigt. Den größten Vorteil dabei beziffert Schwarz folgendermaßen: „Der dezentrale Türantrieb gilt als autarkes Sicherheitssystem, das sich selbst bis zum Performance Level d überwacht und entsprechend zertifiziert ist; deshalb mussten dafür auch keine Veränderungen innerhalb des fehlersicheren Maschinenprogramms durchgeführt werden.“

Die Kommunikation mit der Maschinensteuerung erfolgt wie erwähnt per Profinet, Profibus oder USS, was hinsichtlich der Steuerungswahl eine hohe Flexibilität bedeutet. Bei der Inbetriebnahme wird lediglich der entsprechende Datenbaustein in die Steuerung gespielt, die komplette Regelung übernimmt dann der Türantrieb selbst. Tritt beim Türantrieb ein nicht sicherer Zustand auf – durch Unzulänglichkeiten in der internen Plausibilitäts- und Funktionsprüfung beziehungsweise aufgrund äußerer Einflüsse auf die Türen –, schaltet die Türsteuerung in einen sicheren Zustand und meldet dies der Maschinensteuerung. So wird in jeder Situation die Sicherheit erreicht, die gefordert ist.

Erkennt der Sidoor-Controller ein Hindernis, reversiert dieser je nach Einstellung die Tür ganz oder teilweise und merkt sich die Position. Beim erneuten Schließen beziehungsweise Öffnen wird erst kurz vor der Widerstandsposition der vorherigen Fahrt eine vorsichtige Überfahrt durchgeführt. Sollte das Hindernis noch bestehen, wird dieses nur noch mit geringerer Geschwindigkeit berührt. Bei freier Strecke wird wieder beschleunigt, um den Zeitverlust so gering wie möglich zu halten. Und erst, wenn die Türe vollkommen geschlossen ist, fängt der Zerspanungsprozess an.

Dezentrale Komplettlösung als Alternative zu bisherigen Türsystemen

„Eine zusätzliche, fehlersichere Türsensorik ist aufgrund der zertifizierten Momentüberwachung nicht notwendig, was uns weiteren Engineeringaufwand erspart“, fasst Schwarz zusammen. Lediglich ein zweikanalig überwachter, mechanischer Verriegelungsschalter meldet das ordnungsgemäße Schließen der Türen an die übergeordnete Maschinensteuerung. Diese zusätzliche Sicherheit ergebe sich aufgrund der Europäischen Maschinenrichtlinie, wie der Leiter der Steuerungstechnik berichtet.

Der Autor: René Houdek arbeitet als Marketing Manager im Geschäftsbereich Factory Automation der Siemens AG in 90745 Nürnberg, Tel. (08 00) 7 47 07 40, www.siemens.de/sidoor
Der Autor: René Houdek arbeitet als Marketing Manager im Geschäftsbereich Factory Automation der Siemens AG in 90745 Nürnberg, Tel. (08 00) 7 47 07 40, www.siemens.de/sidoor
(Bild: Siemens AG/W.Geyer)

Kurze Taktzeiten, hohe Verfügbarkeit und sichere Produktionsleistung sind die Rahmenbedingungen, denen auch die Bearbeitungszentren von Stama Maschinenbau unterworfen sind. Selbst die Türen zum Bearbeitungsraum werden hier eingehenden Prüfungen unterzogen, ob sie noch die Anforderungen einer modernen spanenden Fertigung erfüllen. So haben sich die Verantwortlichen im Zuge eines Türsystem-Redesigns zur Abkehr von pneumatischen und servomotorischen Individuallösungen entschlossen.

Der Grund: Es gibt moderne und effiziente Alternativen wie die dezentrale Komplettlösung Sidoor von Siemens. Dieser Tür-und-Torantrieb beinhaltet alles, was ein leistungsfähiges und sicheres Schließsystem benötigt: Er arbeitet autark, ist fehlersicher bis Performance Level d gemäß EN 13849-1 und bewegt momentgesteuert Türen bis zu einer dynamischen Masse von 700 kg. Für Schwarz keine Frage: „Damit takten wir unsere automatischen Türsysteme so schnell, sicher und harmonisch wie mit keiner anderen Lösung vorher.“

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