Wenn Metallrohre von bis zu sechs Metern Länge in absolut identische Segmente zerlegt werden soll, ist das Trennverfahren praktisch alternativlos. Späne und Kühlmittelrückstände entfallen, der Materialverlust ist minimal. Damit der Prozessablauf von der Teilezufuhr bis zur finalen Qualitätskontrolle reibungslos verläuft, setzt Sys-T-matic auf IO-Link basierende Sensorik, RFID-, Wegmess- und Werkzeugidentifikationssysteme.

Kreative Hersteller von Sondermaschinen zeichnen sich dadurch aus, dass sie die vom Kunden gestellten Anforderungen kritisch hinterfragen, optimal geeignete Bearbeitungs- und Handling-Technologien wählen und die gestellte Aufgabe in eine effiziente Anlage verwandeln. „Unser Auftraggeber orderte eine Maschine, die aus unterschiedlich langen Rohren mit Durchmessern von bis zu 50 mm und Wandstärken von bis 2 mm im Sekundentakt Bauteile macht, die bis auf den Zehntel Millimeter exakt gleich lang sein sollen“, fasst Stefan Wasserthal, Geschäftsführer von Sys-T-matic, die Aufgabenstellung zusammen. Dass sich das Unternehmen dabei für das Trennverfahren entschied, liegt daran, dass so aufwändige Kühl-, Spanabfuhr- und Reinigungssysteme wie sie beim Sägen notwendig sind, entfallen. Beim Trennen wird das Rohr von zwei Seiten in die Zange genommen, dann rotieren zwei Messer gegenläufig um das Werkstück, bis dieses durchtrennt ist. Neben eigenem Prozess-, Handling- und Steuerungs-Know-how bedarf es kompetenter Kooperationspartner, um derartige Projekte mit meist enger Zeitvorgabe realisieren zu können. „Als langjähriger Partner von Sys-T-matic haben wir das Projekt von Anfang an begleitet. Das hat den Vorteil, frühzeitig Weichen stellen und für die jeweilige Aufgabe die bestmögliche Lösung und das geeignetste Produkt wählen zu können. Das reduziert Planungsfehler, spart Zeit und Geld und führt in aller Regel zu einer ausgereiften Gesamtlösung“, so Dieter Binnig, zuständiger Kundenbetreuer von Balluff.

Näherungsschalter kündigt Rohrende an

Der Rohrspeicher wird per Kran befüllt und besteht aus einem angetriebenen Endlos-Schlaufensystem. Mit dem angetriebenen Transportband wandern einzelne Rohre nach oben, kippen schließlich über den Hochpunkt der Antriebswelle und rollen auf einem Schrägbettmagazin in Warteposition. Verantwortlich dafür ist ein motorisch bewegter Zugbalken, der die Bänder spannt und das Rohrbündel hebt. Ein induktiver Näherungsschalter BNS von Balluff erkennt das überkippende Rohr: Er sendet ein Signal an den Zugbalken, die Spannung zu lockern. Der zieht wieder an, sobald die Positionsmelder am Schrägbettmagazin Teilemangel melden. Damit die Motorsteuerung stets über die aktuelle Position des Zugbalkens im Bilde ist, ist dieser mit einem magnetostriktiven Wegmesssystem BTL von Balluff ausgestattet: Dieser misst berührungslos den zurückgelegten Weg, per IO-Link-Dreidrahtkabel und IO-Link-Master gelangt das Signal zur Steuerung.

Magnetfeld-Sensor fungiert als Positionsanzeiger

Induktive Sensoren haben die auf dem Schrägbett liegenden Rohre im Blick. Hebt der Hubbalken das vorderste Rohr, verhindern Niederhalter, dass ein weiteres nachrollen kann. Das auf dem Schlitten eines sieben Meter langen elektrischen Linearantriebs montierte pneumatische Spannsegment schiebt sich mit einem Dorn in das fertigungsbereite Rohr, ein Balluff-Magnetfeld-Sensor BMF fungiert als Positionsanzeiger. Als Feedbacksystem des dynamischen Linearantriebs fungiert ein hochgenaues, absolutes Magnetband-Längenmesssystem BML. Der Schlitten schiebt das Werkstück bis an den Anschlag des Trennsystems, ein dort angebrachter Balluff-Näherungsschalter signalisiert: Rohr liegt an. Die Spannzange öffnet und fixiert das eingefahrene Rohr, Rotations- und Zustellscheibe treiben die Kreismesser sukzessive in das Material. Der eigentliche Trennvorgang dauert kaum mehr als eine halbe Sekunde, Segment um Segment wird abgetrennt. Ein sehr präziser optoelektronischer Laser-Sensor teilt der SPS mit, wann das Rohr zu Ende ist.

Datenübermittlung in Echtzeit via Wegmesssystem mit SSI-Schnittstelle

Vor jedem Bearbeitungsvorgang muss die Steuerung die exakte Länge des jeweiligen Rohres kennen. „Wir haben gemeinsam mit Balluff eine hochpräzise Lösung umgesetzt: Während der Schlitten aus seiner Endposition mit bis zu 10 m/sec zurückfährt, führt das Magnetband-Längenmesssystems quasi nebenbei eine bis auf 2/100 mm genaue Längenmessung durch“, betont Stefan Wasserthal. Das Wegmesssystem mit SSI-Schnittstelle übermittelt die Position des Lesekopfes in Echtzeit, der Rechner ermittelt den absoluten Fahrweg und damit die Länge des Rohres. Auf dieser Grundlage berechnet die Software den anstehenden Trennvorgang beziehungsweise die optimale Stückelung des Rohres. Ein optoelektronischer Micromote-Miniatursensor mit abgesetzter Auswerteinheit von Balluff erkennt das Rohrende, die Steuerung weiß, wie weit der Schlitten noch zurückfahren muss, um das Rohr aufnehmen zu können. Ein IO-Link-Sensorhub fährt auf dem Schlitten mit. Der sammelt Sensorsignale ein und bündelt diese mittels IO-Link auf ein ungeschirmtes Standard-Sensorkabel. Durch das günstige Standard-Sensorkabel entfällt jegliche Schleppketten-Problematik.
Nach der Trennung gelangen die Bauteile in eine Station, wo sie mit Hilfe von Balluff-Micromote-Sensoren mittig ausgerichtet werden. Ein von oben einschwenkender Greifer übernimmt, fährt nach oben, wo das Rohrstück wie in einen Schraubstock gespannt beidseits von je einer Spanneinheit servomotorisch fixiert wird. Eine Kamera mit integrierter LED-Beleuchtung prüft auf korrekten Sitz in der anschließenden Entgratungs- und Reinigungsstation.

IO-Link-Magnetband-Längenmesssystem ermittelt exakte Rohrlänge

Die finale Prüfstation entscheidet, ob die Montageteile den strengen Vorgaben des Kunden entsprechen: Dazu touchieren zwei Prüfdorne die Rohrenden: Das neuartige absolute IO-Link Magnetband-Längenmesssystem BML von Balluff mit einer Auflösung von bis zu 1 µm ermittelt die exakte Rohrlänge. Per Standardkabel ist dieses Wegmesssystem über einen IO-Link-Master mit der Steuerung verbunden. „Nur dann, wenn das Bauteil sämtlichen Qualitätsanforderungen entspricht, kommt es in die Kiste der IO-Teile“, erklärt Stefan Wasserthal.
Zur Anlage zählt auch ein Werkzeugwechsler, einschließlich Einstell- und Messgeräten sowie ein Tool-Management-System: Es macht mittels RFID den Einsatz der Werkzeuge rückverfolgbar, gewährleistet deren optimale Auslastung und hilft unnötige Stillstandzeiten zu vermeiden. Dazu sind alle Werkzeuge am Werkzeugschaft mit einem RFID-Datenträger von Balluff ausgestattet, der neben der individuellen Kennung und den spezifischen Werkzeugdaten unter anderem auch Informationen wie Betriebs- und Standzeiten mit sich führt. Ein IO-Link fähiges RFID-Schreib-/Lesegerät gibt den Referenzwert vor, Abweichungen werden im Werkzeug registriert. Kommt beispielsweise ein Werkzeug mit einem Offset von 0,2 mm zum Einsatz, weiß die Maschine genau, wie sie fahren muss, um dennoch die geforderten Fertigungsgenauigkeiten zu erfüllen. Ist ein definierter Minimalwert unterschritten, macht das Werkzeug selbständig auf den erforderlichen Wechsel aufmerksam. „Es ist das breite Know-how in der Automatisierungstechnik, die detaillierte Lösungskompetenz bis ins Detail sowie der Blick fürs Ganze, weshalb wir die Zusammenarbeit mit Balluff schätzen. Deshalb sind die Kollegen auch beim nächsten Projekt wieder mit an Bord“, fasst Stefan Wasserthal abschließend zusammen.