Die Maschinenkomponente drängt in die Zukunft

Wer als Anwender zukünftig in die Digitalisierung seiner Produktion investiert, erwartet, seine Fertigungsprozesse automatisiert, flexibel und individualisiert ablaufen lassen zu können. Diese derzeit unter dem Boom-Thema Industrie 4.0 diskutierte Entwicklung steht zwar erst ganz am Anfang, doch der Wettlauf ist schon gestartet. Während eher große Unternehmen wie etwa Bosch bereits einige Pilotprojekte angestoßen haben und diese aktiv durchführen, sind kleine und mittlere Unternehmen deutlich zögerlicher.

Der bei ihnen angepeilte Automatisierungsgrad sollte zwar möglichst hoch, dabei aber pragmatisch sein. Die Ausrüsterindustrie setzt daher zunehmend auf intelligentere Komponenten und Systeme, die sich steuerungs-, kommunikations- und datentechnisch immer einfacher vernetzen lassen. Im Bereich des produktions- und montagetechnischen Equipments machen gerade auch die mechatronischen Leistungsbausteine der Antriebs- und Fluidtechnik effiziente und intelligente Produktionsprozesse erst möglich. Deren Rolle in der Produktions- und Montageautomatisierung zeigten zahlreiche Aussteller der Fachmesse Motek Anfang Oktober in Stuttgart.

Einen Blick in die Zukunft in Richtung Losgröße eins mit individualisierter Produktion gab der Automatisierungstechnikspezialist Festo mit dem Entwicklungsprojekt Motion Cube. Unabhängig voneinander transportieren die Paletten dieses Palettiersystems Werkstücke gleichzeitig zu unterschiedlichen Montagestationen. Im Sinne von Industrie 4.0 lassen sich damit Produkte auf einer Anlage individuell herstellen – etwa die Montage eines Handys nach Kundenwunsch mit unterschiedlichen Ausstattungsmerkmalen wie etwa Speichervolumen, Gehäusefarbe oder Gravur. Beispielsweise könnte ein Kunde sein Wunschhandy online konfigurieren, die Daten an die Anlage übermitteln und das Handy entsprechend montieren lassen.

Modular und flexibel aufgebaut, lassen sich Positioniermodule ohne großen Aufwand anbauen. Dadurch kann das System nahezu beliebig erweitert oder verändert werden. Motion Cube führt Transport- und Palettieraufgaben gleichzeitig aus, wodurch laut Festo erhebliche Einsparungen in der Peripherie entstehen. So kann das System zum Beispiel beim Palettieren das Anfahren der Ablagepo-sitionen übernehmen. Achsen für die X- und Y-Positionierung in der Peripherie sind dadurch nicht notwendig. Als Anwendungsgebiete nennt Festo die Laborautomatisierung, das Auftragen von Klebstoff auf beliebigen Geometrien, das Palettieren von Teilen, das Prüfen von Bauteilen, das Befüllen, Sortieren, Prüfen, Lagern, Puffern oder Transportieren. Eine unabhängige Fachjury verlieh Festo für seine Konzeptstudie Motion Cube in der Kategorie „Automatisierung und Robotik“ den Handling Award 2015.

Intelligente Pneumatik. Welchen Beitrag intelligente Pneumatik zur digitalisierten Produktion leisten kann, zeigte die Aventics GmbH auf der Motek. Ein Beispiel für die in der Industrie 4.0 geforderte Modularisierung und Vernetzung ist das neue Ventilsystem der Advanced Valve-Serie (AV). Kombiniert mit der Ventilelektronik AES lässt sich die Pneumatik schnell an die neuen Aufgaben anpassen. Einerseits ermöglichen die sehr leichten und kompakten Ventilsysteme der AV-Serie die Modularisierung, da sie für den dezentralen Einbau in direkter Nähe der Aktoren geeignet sind. Ganze Funktionsgruppen können dadurch ohne Schaltschrank komplett vormontiert werden.

Andererseits erschließt die passende Ventilelektronik AES durch dezentrale E/A-Module Potenziale für eine weitergehende Vernetzung: So genügen für den Anschluss aller mit der Ventilelektronik verbundenen Pneumatikventile, Sensoren oder Aktoren an die übergeordnete Steuerung zwei Kabel für Leistung und Kommunikation. Dezentral steuert die Ventilelektronik bis zu 64 Ventile mit insgesamt 128 Spulen an. Mit bis zu zehn E/A-Modulen lässt sie sich erweitern.

AES verarbeitet damit Prozesssignale dezentral und kann auch Einzelaktoren außerhalb des Ventilsystems steuern. Das reduziert laut Aventics den Verdrahtungsaufwand; die Sensoren und Aktoren müssen lediglich mit dem frei platzierbaren Ventilsystem in der Nähe verbunden werden. Dabei unterstützt die AES-Elektronik alle gängigen Feldbusse und Ethernet-Protokolle und ermöglicht so einen nahtlosen Informationsfluss. Vor allem Montage- und Handlingeinrichtungen werden in Zukunft noch häufiger als bisher umgebaut und auf neue Produkte angepasst werden, weiß man bei Aventics. Hohe Modularität und Parametrierbarkeit würden die schnelle Anpassung der Pneumatik an neue Aufgaben vereinfachen.

Den Industrie-4.0-Gedanken überträgt die Bosch Rexroth AG konsequent auf die Lineartechnik mit Komponenten, die dezentrale Intelligenz beinhalten, sowie Antriebs- und Steuerungssystemen, die auf offene Schnittstellen und Kommunikationsstandards setzen. „In Verbindung mit elektrischen Antrieben und Steuerungen macht die Lineartechnik es beispielsweise erst möglich, dass Achsen beliebige Positionen anfahren und damit für die variantenreiche Fertigung eingesetzt werden können“, betont Stefan Schmitz, der bei Rexroth die Lineartechnik leitet. „Dabei kombinieren wir unsere Linearsysteme auch mit IT-Technologien. Entsprechende Apps vereinfachen die Wartung, verkürzen die Inbetriebnahme oder ermöglichen es, Linearachsen in Echtzeit zu programmieren oder zu bedienen.“

Ein Beispiel für auf Geschwindigkeit und Effizienz getrimmte Montage ist das modulare Kettenfördersystem VarioFlow plus. Laut Rexroth ist das System so konzipiert, dass es leicht und schnell geplant, aufgebaut und montiert ist und sich besonders leise und verschleißarm betreiben lässt. Die Wahl zwischen sechs Spurgrößen von 65 bis 320 mm, sieben Kettentypen und zwei Ausführungen in Aluminium und Edelstahl mit FDA-konformen Werkstoffen eröffnet ein breites Einsatzspektrum.

Intelligente Bremsen. Die zunehmende Vernetzung von Menschen, Prozessen und Maschinen erhöht auch die Anforderungen an die Komponenten eines Antriebsstrangs. Mayr Antriebstechnik aus Mauerstetten hat deshalb intelligente Produkte im Programm, die mit den übergeordneten Steuerungen kommunizieren können. Zu den neuesten Entwicklungen zählt das intelligente Bremsenansteuermodul Roba-brake-checker. Sicherheitsbremsen mit Leistungsabsenkung werden bestromt und auch sensorlos überwacht und der Schaltzustand des Aktors sowie Verschleiß der Bremsbeläge erkannt. Durch den Vergleich von Anzugsstrom und Haltestrom kann das Modul auf eine mögliche Verschleißreserve und Leitungsbruch schließen oder gegebenenfalls unzulässige Erwärmung erkennen. Dadurch detektiert es sicherheitskritische Zustände und Fehler vor ihrem Eintritt. Sonst zur Zustandsüberwachung übliche Mikroschalter und Näherungsinitiatoren samt Verkabelung können entfallen.

Roba-brake-checker ist für eine Eingangsspannung von 24 V oder 48 V Gleichspannung vorgesehen und kann Bremsen mit einem Spulennennstrom von 10 A oder 5 A ansteuern. Gegenüber Schnellschaltgleichrichtern zeichnet sich das neue Modul auch durch einen größeren Eingangsspannungsbereich von 18 bis 30 VDC oder 42 bis 54 VDC und eine geregelte Ausgangsspannung bei Absenkung aus.

Plug-&-Play-fertig. Den sehr kurzen Entwicklungszeiten im Sondermaschinenbau wird der Bereich Systemlösungen von Schaeffler Lineartechnik mit Sitz in Homburg gerecht. Neben Komponenten bietet der Lineartechnik-Lieferant Plug-&-Play-fertige Subsysteme einschließlich Engineering, Antriebstechnik und weiterer Services. Das schließt auch die Endmontage, die Verkabelung, die Parametrierung der Steuerung und die Inbetriebnahme ein. Ein cleverer Mix aus konfektionierbaren und leistungsfähigen Linearsystemkomponenten aus dem Schaeffler-Programm, mechanischen und elektrischen Antriebselementen von namhaften Zulieferern und Partnern bilden die Basis für funktionsfertige und wirtschaftliche Linearsysteme und Systemlösungen.

Die auf der Motek ausgestellte Palette an Linearmodulen erstreckte sich vom präzisen Kompaktmodul mit niedrigem Querschnitt bis hin zum hoch belastbaren Tandemmodul MDKUVE und Linearmodulen mit Sonderfunktionen. Hierzu zählen beispielsweise das Klemmmodul MKKUVE für das Stapeln und Palettieren, Zentrieren und Fixieren oder auch das neue Teleskopmodul MTKUSE.

Mit modifizierten Profilschienenführungen aus dem Standardprogramm lassen sich die Eigenschaften aller Linearmodule genau auf die Führungsaufgabe anpassen. Kunden können wählen zwischen High-Speed-Profilschienenführungen KUVE-B-HS mit Geschwindigkeiten von bis zu 10 m/s. Ein Zahnriemen für geräuscharme Anwendungen erweitert nochmals die Funktionalität der Linearsysteme.

Eine weitere Hauptproduktgruppe stellen die INA-Lineartische dar. Sie sind mit geschlossener oder offener Wellenführung (LTE, LTS ) und mit Profilschienenführung als Linearpräzisionstische (LTP) verfügbar. Mit dieser großen Anpassungsfähigkeit der Standard-Linearmodule an die jeweils geforderten Randbedingungen und mit den integrierten Sonderfunktionen können sehr leicht auf die jeweilige Aufgabe adaptierte Ein- und Mehr-achssysteme entwickelt werden. Ergänzt wurde der Messeauftritt durch die Lineardirektantriebe der INA – Drives & Mechatronics. Die Direktantriebe werden unter anderem in Pick-&-Place-Anwendungen, in der Elektronik- und Verpackungsindustrie und in Montage- und Testsystemen bevorzugt eingesetzt. Sie können auch in die Profile der Systemlösungen von INA-Lineartechnik integriert und zu direktangetriebenen Linearmodulen komplettiert werden.

Auf höchste Verfügbarkeit abzielende Linearaktuatoren hatte Wittenstein Cyber Motor im Messegepäck. Die Aktuatoren unter der Bezeichnung Cyber Force Motors wandeln Drehbewegungen in Linearbewegungen um. Über ihre grundlegende Funktion hinaus eröffnen sie dank individueller Auslegung und Ausführung sowie hoher Leistungsdichte vielfältige Lösungsmöglichkeiten. Mit komplett integrierter Gewindespindel bieten die Antriebe hinsichtlich Wartungsfreundlichkeit eine Besonderheit: Ihr patentiertes Schmierkonzept erlaubt es, dass die Spindel im laufenden Betrieb nachgeschmiert werden kann, ohne wartungsbedingten Stillstand der Maschine. Bei Bedarf gibt es auch wartungsfreie Lösungen.

Im Bereich der Rundschalttische feierte die vierte Generation der TC-Rundschalttische der Weiss GmbH Messepremiere. Die Neuheit des Herstellers aus Buchen verzeichnet enorme Leistungsschübe bei Taktraten und Massenträgheitsmoment. Optimierungen bei Konstruktion und Fertigung hätten dafür gesorgt, dass Taktraten bis über 220 Takte/min erreicht würden. Für Highspeed-Anwendungen wären bis zu 20 % kürzere Taktzeiten im Vergleich zum Vorgängermodell möglich, betonte Weiss auf der Motek. Und dies jeweils bei gleichem zulässigen Massenträgheitsmoment. So spielt der neue Rundschalttisch, der ausschließlich am Standort im Odenwald gefertigt wird, seine Vorteile auch dort aus, wo in kurzer Zeit viele Stationen bedient werden. Verbesserte Zykluszeiten würden die Produktivität einer Gesamtanlage erhöhen.

Bei Anlagen mit weniger Stationen stehen dagegen oft die zulässigen Belastungsdaten im Vordergrund. Typische Anwendungen finden sich etwa im Automobilrohbau. Auch für dieses Einsatzgebiet wurde die neue TC-Baureihe optimiert. Sie ist so konzipiert, dass je nach Applikationsparameter die zulässigen Massenträgheitsmomente wesentlich erhöht werden konnten – teilweise um bis zu 90 %, betont Weiss. Der Anwender könne dadurch deutlich höhere Massen bewegen und häufig einen Tisch kleinerer Baugröße einsetzen, als dies mit dem Vorgängermodell der Fall gewesen sei. Daraus resultiere Einsparpotenzial sowohl bei der Anschaffung als auch beim Raumbedarf.

Zudem würden damit die Kundenanforderungen so passend wie nur möglich abgedeckt. Noch nie hat der Hersteller den Angaben zufolge so viele Teilungsversionen für die unterschiedlichen Baugrößen in das Standardprogramm integriert. Dieser Optionsgewinn ermögliche es den Kunden, umfangreiche Prozesse zukünftig auf einem einzigen Tisch durchzuführen, anstatt auf eine weitere Bearbeitungsstation ausweichen zu müssen. Dies spart zudem Produktionsfläche ein.

Wirklich alles im Antrieb. Unter diesem Motto präsentierte die Dunkermotoren GmbH aus Bonndorf im Schwarzwald den neuen bürstenlosen Gleichstrommotor BG 75 DMC (Direkter Netzanschluss) mit Abgabeleistung bis 545 Watt. Der dezentrale Servo-antrieb beinhaltet neben der Leistungselektronik, der Steuerungs- und Positionierelektronik, SPS-Funktionen, Busanbindung sowie vielfältigen Geber- und Bremsen-Optionen jetzt auch das Netzteil. Um einen größtmöglichen Kundennutzen zu erreichen, wurde auch die Blindleistungskompensation integriert und optional kann der Motor auch bei Bremsvorgängen Energie ins Netz zurückspeisen. Neu ist auch der bürstenlose Gleichstrommotor BG 95 mit Nennspannungen ab 24 VDC. Mit der Nennspannung 24/48 VDC ist der Antrieb für den Batteriebetrieb bestens geeignet. In Kombination mit dem ebenfalls neuen Planetengetriebe PLG 95 bietet diese Antriebslösung Abgabemomente bis 300 Nm (Beschleunigungsmoment).