Antriebstechnik

PC-based Control in der Fenster- und Türenproduktion

Motion Control und Beckhoff-Elektrozylinder automatisieren bei CNC Solutions und Calvet manuelle Schritte in der Aluminiumfenster- und -türenproduktion. Das innovative Maschinenkonzept sorgt dank präzisem Pressen der Rahmen für höchste Effizienz und „Fingerspitzengefühl“.

Der Maschinenbauer Calvet N.V. im belgischen Zellik wollte mit einem neuen Maschinenkonzept, verschiedene Abläufe in der Fenster- und Türenproduktion weiter automatisieren. „Zusammen mit CNC Solutions, einem wie Calvet auf maßgeschneiderte Anlagen spezialisierter Maschinenbauer, und den Spezialisten von Beckhoff konnten wir das anspruchsvolle Konzept umsetzen“, betont Stefan Nees, Geschäftsführer von Calvet. „Wir durften mit unserer Expertise in CNC- und Roboter-Anwendungen dazu beigetragen“, ergänzt Lander Debruyne, Geschäftsführer CNC Solutions BV in Menen, Belgien.

Das kompakte Multiachs-Servosystem AX8000 steuert Servomotoren AM8000 und Elektrozylinder AA3000 an

Qualitäts- und Produktivitätsschub im Fensterbau

Bislang werden die Aluminiumprofile eines Fensters in sogenannten Eckpressen zusammengefügt. Dazu sind nach wie vor im Vorfeld einige manuelle Schritte notwendig, die vom Produktionsmitarbeiter viel Sorgfalt verlangen, damit am Ende die Qualität des Fenster- oder Türrahmens stimmt. „Diese manuellen Schritte – Montieren, Kleben, Pressen, Überprüfen bis hin zum Polieren – haben wir an einer zentralen Arbeitsstation zusammengefasst und automatisiert“, so Stefan Nees.

Künftig legt der Bediener die Profile eines Fensterrahmens auf einem Wagen bereit. Sensoren prüfen, ob die richtigen Teile eingelegt wurden und diese zusammenpassen. Erst danach werden die Profile positioniert, über Halterungen geklemmt und anschließend mit der erforderlichen Kraft zusammengepresst. „Mit dem automatisierten Ablauf legen wir die Messlatte hinsichtlich Qualität um einiges höher und steigern die Effizienz in der Fensterfertigung deutlich.

Vor dem Verpressen der Rahmen werden die Fixierungen entsprechend der Fenstergröße positioniert

Drei Elektrozylinder ergeben einen Greifer

Neben Qualität und Produktivität stand auch die Flexibilität ganz oben im Lastenheft der Maschine. Schließlich gibt es verschiedenste Profiltypen, Presspositionen und Klebetechniken. Daher bilden zwei 6-Achs-Roboter das Herzstück der Installation. Abhängig von der zu fertigenden Fenstergröße, die von 300 bis 4.500 mm reicht, werden diese positioniert und nehmen für den jeweiligen Produktionsschritt automatisch das entsprechende Werkzeug auf. „Einzigartig ist unser spezieller Greifer, um die Ecken zusammenzupressen“, stellt Lander Debruyne heraus. Die Basis eines Greifers bilden drei Elektrozylinder AA3000 mit Spindelantrieben. „Über die Auswertung der Ströme und Drehmomente dieser Antriebe konnten wir der Maschine ein Gefühl für den Anpressdruck verleihen und dynamisch geregelt“, so Stefan Nees.

Dass CNC Solutions bei der Maschine PC-based Control und weitere Komponenten von Beckhoff nutzt, ist kein Zufall. Dazu Lander Debruyne: „Wir haben vor etwa zwei Jahren auf die Beckhoff Plattform und Embedded-PCs CX2043 als Standardsteuerungen umgestellt, weil wir damals bei unserem Lieferanten ständig Verfügbarkeitsprobleme hatten.“ Zudem setzt CNC Solutions standardmäßig Stäubli-Roboter ein, die sich über EtherCAT und uniVAL drive integrieren und performant ansteuern lassen. „Die Steuerungstechnologie zu ändern, ist keine Angelegenheit, die man über Nacht erledigt“, so Lander Debruyne, „mit dem Applikationsingenieur Maarten Knevels hatten wir jedoch wann immer nötig einen absoluten Experten an unserer Seite.“ Inzwischen sind bereits sieben Maschinen mit PC-based Control bei Kunden im Einsatz. „Unsere Applikationsingenieure unterstützen bei der Umstellung und sorgen für einen reibungslosen Start oder helfen bestehenden Kunden, neue Technologien zu implementieren“, fügt Cédric Sabbe, Account Manager Beckhoff Belgien an.

Neben den Robotern werden über TwinCAT 3 und das Multiachs-Servosystem AX8000 15 CNC-Achsen (Servomotoren AM8000 bzw. Elektrozylinder AA3000) geregelt. Neben EtherCAT-Klemmen nutzen Calvet und CNC Solutions zahlreiche EtherCAT-Box-Module in Schutzart IP67, um die Signale einzulesen und die Aktoren anzusteuern, die direkt an den Laufwagen montiert sind. Dazu Cédric Sabbe: „Das kompakte Antriebssystem und die OCT-Anschlusstechnik der Servomotoren haben eine platzsparende und schnelle Installation ermöglicht.“

Seit zwei Jahren setzt CNC Solutions auf PC-based Control und Embedded-PCs CX2043 als Steuerung für die unterschiedlichsten Projekte

Roboter, CNC und Motion Control flexibel kombiniert

„Alle Abläufe perfekt aufeinander abzustimmen, das war die Herausforderung bei diesem Projekt“, so Stefan Nees. Gelöst wurde die anspruchsvolle Koordination aller Achsen mit TwinCAT 3 NC PTP, NC I und CNC. Über ein Control Panel CP2918 erhält der Bediener seine Anweisungen für die Einrichtung eines Auftrags und kann darüber die Abläufe in der Maschine verfolgen. Die Auftragsdaten werden über einen Barcode an den Fensterprofilen von der zentralen Auftragsverwaltung geladen. Die notwendige Connectivity mit dem Barcodescanner und der IT realisiert Calvet über TwinCAT 3 Serial Communication (TF6340) und TwinCAT 3 Database Server (TF6420) „Um die Bedienung möglichst einfach zu halten, gibt es lediglich zwei Tasten, mit denen der Maschinenführer zum nächsten oder vorherigen Arbeitsschritt navigieren kann“, so Stefan Nees. Einfacher gehe es nicht.

Die erste Anlage ist bei einem Fensterbauer in Brüssel aufgebaut, um die Maschine im Feld umfassend zu testen. „Das Feedback aus der Praxis wird uns helfen, den Prototyp zu einer leistungsfähigen Serienmaschine weiterzuentwickeln“, schließt Stefan Nees.

Autor: Stefan Ziegler, Editorial Management PR, Beckhoff Automation

Bilder: Philippe van Gelooven