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Aus drei mach zwei

17.03.2017

Produktivität statt wertloser Wartezeiten– diese Umkehrung gelang Gatek bei einer neuen Diffusionsschweißanlage. Der Erfolg der Konstrukteure basiert auf Proportionalventilen von Aventics, mit denen sie die Taktzeit reduzieren konnten.

Innovativ, robust und langlebig“ – so bezeichnet Bosch seine Starter, die millionenfach in PKW, Nutzfahrzeugen und industriellen Anwendungen beim Anlassen von Motoren ihre Dienste tun. Die geballte Kompetenz dieser Technologie aus mehr als 75 Jahren Erfahrung mit Elektromotoren ist im Bosch-Werk in Hildesheim unverkennbar: Hier werden die Starter und seit 2011 auch die Start-Stopp-Technologie auf sieben Linien rund um die Uhr produziert. Die Ansprüche an die Fertigungstechnik sind somit entsprechend hoch und verlangen bei Linientaktzeiten von durchweg elf Sekunden nach konsequenter Produktivität der Anlagen. Kriterien wie hohe Leistung, lange Lebensdauer, hervorragende Qualität und Zuverlässigkeit gelten deshalb sowohl für das Produkt Starter als auch für deren Fertigungstechnik.

Die einzelnen Fertigungslinien bestehen aus rund 25 Maschinen, in deren Mitte die Anlage zum Diffusionsschweißen von Leitern auf die Kommutatoren steht. Konstruiert und gebaut wurde diese Schweißanlage, die jetzt aus zwei parallel arbeitenden und miteinander verknüpften Maschinen besteht, von der Gesellschaft für Automatisierungstechnik und Konstruktion (GAteK). Das Unternehmen mit 15 Mitarbeitern und Sitz in Wunstorf ist spezialisiert auf die Planung, Konstruktion und Fertigung maßgeschneiderter Maschinenbaulösungen. Die beiden Geschäftsführer Thorsten Hoffmeister und Volker Thomas konstruieren bereits seit drei Jahrzehnten Anlagen für Bosch in Hildesheim und liefern seit zwölf Jahren auch einsatzfertige Maschinen, die sie permanent weiterentwickeln.

„Bei diesen Maschinen müssen wir immer überlegen, welcher der einzelnen Schritte am längsten dauert“, erläutert Thorsten Hoffmeister die Vorgehensweise. Der grundsätzliche Ablauf ist in beiden Maschinen gleich: Der vormontierte Anker wird anhand von Werkstückträgern in die Maschine transportiert, zur Lageerkennung ausgerichtet und mittels Greifer in die Schweißposition gebracht. Nach dem Schweißen setzen weitere Greifer den Anker wieder auf Werkstückträger, mit denen sie in die folgenden Fertigungsstationen befördert werden. Zuführung, Schwenkbewegungen und Schweißen erfolgen in rasantem Tempo parallel, damit die Linientaktzeit eingehalten werden kann.

Schweißen statt Warten

„Unsere ersten Maschinen hatten für die Kontaktierbewegung beim Schweißen noch drei getrennte Abläufe in der Steuerung. Das bedeutete Warten während der Schaltzeiten, und diese Wartezeiten mussten wir bei unserer Gesamtbearbeitungszeit berücksichtigen. Mit Hilfe der Proportionalventile von Aventics können wir jetzt aus den drei Verfahrbewegungen den fließenden Ablauf eines Roboters simulieren und damit alles in einer Schleife umsetzen. Somit können wir in dieser Anwendung knapp 50 Prozent der Zeit einsparen“, so Thorsten Hoffmeister.

Gatek nutzt für diese Aufgaben elektropneumatische Druckregelventile der Baureihen ED02 und ED05 von Aventics. „Mit ihrem präzise auf die Anwendung einstellbaren und dynamisch nachgeregeltem Druck sind sie die Basis für die nunmehr optimierten und energieeffizienten Prozesse in der Diffusionsschweißanlage“, bestätigt Volker Thomas. Die Ventile der ED-Serie kombinieren Regelelektronik, Drucksensor und den direkten Antrieb über Proportionalmagnet in einer geschlossenen Einheit.

Optimierung mit Proportionalventilen

In der Praxis erkennt der Regler einen möglichen Druckabfall oder -anstieg im Arbeitskreis des Pneumatiksystems. In solch kritischen Fällen spielt das Druckregelventil seine typische hohe Dynamik voll aus: Es erzeugt anhand eines Soll-/Istwert-Vergleichs auf der Ausgangsseite unmittelbar die erforderliche Druckänderung, so dass die Stabilität des Prozesses gewährleistet ist. Gatek setzt Proportionalventile ED05 für Schweißzylinder und die kleinere Variante ED02 an den Kontaktierzylindern ein.

Thorsten Hoffmeister vergleicht das Ergebnis mit den bisher eingesetzten Maschinen: „Jetzt erzielen wir einen schnelleren, stabileren Prozess und damit eine höhere Schweißqualität. Darüber hinaus verlängert sich die Standzeit der Maschinen und die Taktzeit wird um 50 Prozent reduziert, so dass wir aufgrund dieser Faktoren die Anzahl an Maschinen in einer Anlage von drei auf zwei reduzieren konnten.“ Die innovative Technik rechnet sich vor allem, wenn man bedenkt, dass alle sieben Fertigungslinien diesen Schweißprozess beinhalten und sukzessive umgebaut werden sollen. Gleichzeitig verweist der Geschäftsführer auf weitere Einsatzmöglichkeiten, da dieses Prinzip auf Prozesse mit unterschiedlichen Bewegungen und Zeiten wie zum Beispiel Fügen übertragbar ist.

Zum elektropneumatischen Konzept zählt außerdem das Ventilsystem der Baureihe Advanced Valve AV03 von Aventics; in Kombination mit den Druckregelventilen wird so eine hohe Präzision erreicht. Gleichzeitig ermöglicht das Zusammenspiel der Ventile jederzeit reproduzierbare und dokumentierbare Drücke und erfüllt somit in allen Punkten die hohen Anforderungen, die Endanwender Bosch an seine Fertigungslinien stellt. Gatek profitiert als Maschinenbauer wiederum vom innovativen Innenleben des AV03, das durch seinen diagonal angeordneten Ventilschieber sehr kompakt ist und somit selbst bei engen Platzverhältnissen problemlos eingebaut werden kann. Nicht zuletzt unterstützt die flexible Feldbusansteuerung AES des AV03 alle gängigen Systeme und Protokolle und konnte hier via Profibusleicht in die übergeordnete Steuerung integriert werden.

Gute Luft, intelligente Bewegung und sichere Maschinen für Industrie 4.0

„Neben den für diese Anwendung so bedeutenden Ventilen konnten wir auch sämtliche Hub- und Verfahrbewegungen mit Aventics lösen“, sagt Thorsten Hoffmeister und verweist auf die große Auswahl an Zylindern. Bei der Diffusionsschweißanlage sorgen MSC-Zylinder für den Hub, CCI-

Zylinder übernehmen Rückholfunktionen und RTC-Zylinder den Vor- und Rücklauf der Greiferachse. Des Weiteren kommen KPZ-Kurzhubzylinder und MNI-Zylinder zum Einsatz.

Zur Abfrage der exakten Position und der benötigten Verfahrzeit sind einige Zylinder zusätzlich mit dem analogen Wegmesssensor SM6 ausgestattet. Mit Hilfe dieses Sensors kann der Verschleiß der Führung überprüft werden. Das ermöglicht eine vorausschauende Wartung und stellt gleichzeitig die Qualität des Schweißprozesses sicher. Der kompakte Sensor zeichnet sich durch sein hochauflösendes lineares Signal, geringen Stromverbrauch und die einfache Programmierung des Messbereichs aus. Hierdurch gelingen sowohl die gewünschte Umsetzung von Industrie 4.0 bei den neuen Maschinen als auch die mögliche Integration in die laufende Fertigung.

Abgerundet wird das Pneumatiksystem durch Aventics Wartungseinheiten der Baureihe AS3, die Druckluft-Aufbereitungsprozesse Filtern, Regeln und Entwässern vereinen. Sie garantieren nicht nur eine hohe Druckluftqualität und verhindern Luftverschwendung, sondern leisten auch ihren Beitrag zur Maschinensicherheit im Zuge der Maschinenrichtlinie 13849: Als kostengünstige Lösung für sicheres Be- und Entlüften schalten die integrierten 3/2-Absperrventile im Notfall redundant ab. Die Ventile sind schaltstellungsüberwacht und bieten einen hohen Diagnosedeckungsgrad bei gleichzeitig hohen B10-Werten.

CAD, 3D und die Zukunft

Das Gesamtkonzept der jüngsten Maschine erstellte Gatek komplett in 3D, unterstützt durch den Konfigurator, den Aventics im Internet zur Verfügung stellt. Das Engineering Tool erleichtert die Konfiguration anhand der logischen Auswahl und Zusammenstellung einzelner pneumatischer Bauteile bis hin zur Übernahme der Baugruppe in eine CAD-Zeichnung und dem automatischen Generieren einer Bestellliste. Thorsten Hoffmeister betont auch deshalb die gute Zusammenarbeit mit dem Pneumatikspezialisten: „Aventics liefert nicht nur innovative Produkte, sondern stand uns als Partner auch in Sachen CAD und 3D hilfreich zur Seite. Anhand der bereitgestellten Daten konnten wir in kürzester Zeit das gesamte System anwendungsspezifisch selbst konfigurieren und hatten für Problemfälle immer direkt einen Ansprechpartner.“

Während die jüngsten Maschinen in die Linie integriert werden, arbeitet Gatek bereits an neuen Diffusionsschweißanlagen für die Bosch-Fertigungslinien. „Hier zeigt sich sehr deutlich die Flexibilität und wie zukunftssicher das System ist. Wir können das Konzept beibehalten, obwohl ein neuer Typ Starter darauf gefertigt werden soll, von dem bisher nur Rahmendaten bekannt sind“, fasst Volker Thomas zusammen.

www.aventics.com




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