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30.09.2021

(Teil-)Automatisierter Kantenschliff

Diplomanden der HTL Neufelden setzen beim (teil-)automatisierten Feinschliff für Musterteile auf Servounterstützung von Beckhoff

Theoretisches Fachwissen ist gut, aber praktisches Handlungsvermögen besser. Diesem Leitsatz zufolge wird an der HTL Neufelden im Bezirk Rohrbach im oberen Mühlviertel nicht (nur) für die Schule, sondern vielmehr für das Berufsleben danach gelernt. Ein konkretes Ergebnis dieses praxisnahen Ausbildungsansatzes ist beispielsweise der „Kantenschleifer“. Eine im Zuge eines Diplomarbeitsprojekts entstandene Lösung, die Musterteilen aus Naturstein und Keramik ohne händisches Zutun den gewünschten Feinschliff verleiht. Servomotoren von Beckhoff spielen dabei eine tragende Rolle.

„Unterricht ist bei uns mehr als ein Wissenstransfer vom Lehrer zum Schüler. Wir wollen mit einer steten Zusammenarbeit mit der Industrie die Aktualität und Praxisnähe der Ausbildung sicherstellen und den Schülern einen ersten Einblick in das Berufsleben bieten“, beschreibt Dipl.-Ing. Dr. Hubert Felhofer, Abteilungsleiter des Automatisierungstechnik-Zweigs, das Leitbild der Höheren Technischen Bundeslehranstalt Neufelden. Er und seine Kollegen sind regelmäßig bei „benachbarten“ Betrieben aus der Region vor Ort, um den Austausch zwischen Lehre und Wirtschaft zu intensivieren. Dabei wird auch nach spannenden Kooperationsmöglichkeiten bei Diplomarbeitsprojekten Ausschau gehalten. „In manchen HTLs entstehen im Rahmen der Abschlussarbeiten hauptsächlich fiktive Lösungen, denn nicht alle Höheren Technischen Lehranstalten machen den Sprung zum Bauen – wir schon“, erklärt Hubert Felhofer und er fügt ergänzend hinzu: „Unsere Schüler betrachten es als enormen Ansporn, wenn eine Aufgabenstellung nicht nur am Papier bzw. am Computer durchzukonstruieren, sondern bei einer realen Anwendung umzusetzen ist.“ Einen Beleg dafür lieferte z. B. das „Kantenschleifer-Team“ des Maturajahrgangs 2020. Marcel Auberger, Tim Döllinger, Sebastian Hellauer, Michael Laher und Martin Schaubmeier investierten in Summe 2.600 Mannstunden, um eine maschinelle Lösung für das Schleifen von Musterteilen bei Österreichs größtem Verarbeiter von Naturstein zu konzipieren, zu konstruieren und in Betrieb zu nehmen.

Angepeiltes Schleif-Pensum erreicht

„Andere Burschen in diesem Alter spielen in ihrer Freizeit Warcraft, ‚unsere' besuchen die Beckhoff Summer School und bringen Servomotoren zum Laufen“, lobt Hubert Felhofer die Einsatzbereitschaft seiner Schüler, wenn es um die Erreichung eines konkreten Automatisierungsziels geht. Bei der Firma Strasser, die mit einem Marktanteil von rund 65 % auch in Mitteleuropa Nummer 1 bei hochwertigen Küchenarbeitsplatten aus Naturstein ist, galt es, die zum Teil sehr scharfen Kanten von frisch zugeschnittenen Musterteilen maschinell „abzusoften“. „Unsere Aufgabenstellung war, eine Anlage zu entwickeln, die es mit rechteckigen sowie quadratischen Naturstein- und Keramik-Platten unterschiedlicher Größe (300 x 300, 300 x 290, 300 x 200, 300 x 100 und 100 x 100) bzw. Dicke (zwischen 10 mm und 20 mm) aufnimmt und die an allen vier Kanten der Steine eine Fase schleift, wobei die Fasengröße sowie der Fasenwinkel auf der Unterseite verstellbar sein sollten“, erklärt Marcel Auberger. Weitere Vorgaben seitens des Kunden betrafen die Dimension und Leistungsfähigkeit der Maschine: Sie sollte mit einem Stapler transportabel sein und rund 33.000 Stück pro Jahr bearbeiten können. Und wie das bei der Maschine montierte CP2913 Multitouch-Display von Beckhoff anzeigt, liegt das aktuelle Schleif-Pensum mittlerweile in der Tat im vereinbarten Bereich. Aber das war nicht immer so.

Rasche Soforthilfe

Anfangs gab es durchaus ein paar Startschwierigkeiten – beispielsweise bei den Servomotoren, die aufgrund einer fehlerhaften Parametrierung zur Überhitzung neigten. „Wir standen vor der Anlage und dachten das kann ja gar nicht sein. Jetzt haben wir mit der High-Performance-Baureihe AM8000 von Beckhoff den ‚Mercedes' unter den Servomotoren bei den Schleifscheiben im Einsatz und es funktioniert trotzdem nicht“, erinnert sich Hubert Felhofer an einen ernüchternden Moment während der Inbetriebnahmephase, in dem nur noch eines half: ein Anruf bei der „Kummernummer“, dem Support-Team von Beckhoff Automation. Wie erwartet ließ sich die Ursache des Problems – das Soll-Positionsfenster bei der Schleppabstandsüberwachung der Achse war zu eng gefasst – unter fachmännischer Anleitung von Christian Atteneder sehr schnell finden und mit ein paar gezielten Mausklicks beseitigen.

„All unsere Kunden können sich, ohne den Umweg über ein Ticketing-System oder eine Hotline nehmen zu müssen, direkt an jene Ansprechpartner wenden, die mit ihrer Anwendung vertraut sind“, streicht Thomas Oberreiter, der gemeinsam mit Christian Atteneder für die Betreuung des Kantenschleifer-Diplomarbeitsprojekts hauptverantwortlich zeichnete, einen Umstand hervor, der eine rasche Soforthilfe erheblich vereinfacht.

Acht Servomotoren für vier Achsen

Marcel Auberger und Tim Döllinger, die beiden Schüler, die beim Kantenautomaten für die Steuerungstechnik zuständig waren, nahmen das umfassende Unterstützungsangebot von Beckhoff nur allzu gern in Anspruch. „Wir hatten zwar in der Beckhoff Summer School bereits erste praktische Erfahrungen mit dem Interpolieren von Achsen gesammelt, aber für uns als ‚Newcomer' in der Automatisierungstechnik gestaltete sich das Ganze doch sehr komplex. Demzufolge waren wir sehr froh, dass wir jederzeit anrufen und nachfragen konnten. Immerhin hatten wir es hier mit acht Servomotoren für vier Achsen zu tun, weil wir die Musterteile auf zwei Linearachsen spannen, welche als Kreuzschlitten montiert sind. Außerdem sind drei Bearbeitungsstellen anzufahren: Die Z-Schleifeinheit, die Fräseinheit sowie jene Station, wo oben und unten geschliffen wird“, schildert Tim Döllinger. Ihm selbst bereiteten vor allem die Parametereinstellungen bei den Servoverstärkern und -motoren für die Schleifscheibenantriebe „einiges“ Kopfzerbrechen, während Marcel Auberger u. a. bei der in TwinCAT erzeugten Target-Visualisierung um Rat bat. „Der Kantenschleifer sollte möglichst intuitiv zu bedienen sein. Dazu brauchte es eine intelligente ‚Verheiratung' zwischen dem als SPS verwendeten CX5130 Embedded PC und der Visualisierung, damit die Maschine dank entsprechender Voreinstellungen von sich aus weiß, was nach einem Touch auf die zur Auswahl stehenden Programmpunkte zu tun ist. Denn es macht einen Unterschied bei der Drehzahlregelung der Schleifscheibenantriebe, ob Natur- oder Keramiksteine zu bearbeiten sind“, erklärt Marcel Auberger.

Gezieltes Praxistraining bei Beckhoff

Grundsätzlich wussten Tim Döllinger und Marcel Auberger natürlich sehr wohl mit Beckhoff-Komponenten umzugehen, als sie mit der steuerungstechnischen Auslegung und Umsetzung des Kantenschleifers loslegten. Einerseits kannten sie deren Fähigkeiten und Funktionsweisen aus dem Unterricht, andererseits nahmen sie als ideale Vorbereitung auf ihr Diplomarbeitsprojekt an der Beckhoff Summer School teil – einem kostenlosen Intensivkurs für ambitionierte Nachwuchstechniker, die in den Sommerferien eine Woche lang in lockerer, motivierender Atmosphäre in die PC-based-Control- und TwinCAT-Welt von Beckhoff abtauchen wollen. „Da wir ursprünglich sogar einen Lösungsansatz mit acht Achsen verfolgten, meldeten wir uns sofort für das Praxistraining für Fortgeschrittene an, als wir hörten, dass dort u. a. TwinCAT NC I und interpolierende Achsen Lerninhalt sein würden“, begründen Tim und Marcel ihre Teilnahme an der 2019er Ausgabe in Greinbach.

Ihre späteren Hauptansprechpartner bei Beckhoff – Thomas Oberreiter und Christian Atteneder – lernten die beiden HTL-Absolventen ebenfalls bei der Summer School kennen und innerhalb kürzester Zeit als hilfsbereite Vertrauenspersonen schätzen. „Selbst eigens auf unsere Erfordernisse zugeschnittene TwinSAFE-Privatsessions, die im Anschluss an das offizielle Programm stattfanden, machten die Beiden möglich“, lobt Tim Döllinger. Dieser persönliche, gute Draht blieb auch nach der gemeinsamen Trainingswoche erhalten. „Christian hat immer kontrolliert, ob wir die richtigen Automatisierungskomponenten für unsere Maschine bestellen und versorgte uns mit wertvollen Informationen zu den für unsere Anwendung am besten geeigneten Produkten“, erinnert sich der 19-Jährige an ein konkretes Beratungsszenario, in dem er die TwinSAFE-EtherCAT-Klemme EL1918 mit acht fehlersicheren Eingängen als perfekt passend vorgeschlagen bekam. „So ein Special Service ist echt super“, spricht Marcel Auberger zum Abschluss eine klare Empfehlung für Beckhoff als Partner für Diplomarbeiten aus. Allen angehenden Ingenieuren „schwer anzuraten“ sei zudem ein Besuch der Summer School, da dort neben interessanten Vorträgen, praktischen Übungen, zahlreichen Networking-Möglichkeiten und generellem Lernen fürs weitere (Arbeits-)Leben vor allem eines auf der Agenda steht: Spaß haben!