PC-basiert gesteuert zu mehr Flexibilität und Modularität in der Kabelverarbeitung
Komax SLE in Grafenau, ein Unternehmen der Schweizer Komax Gruppe, stellt Serienmaschinen und kundenspezifische Anlagen zur automatisierten Verarbeitung von Datenleitungen vorwiegend in der Automobilbranche und im Industrial-Sektor her. Maßgebend sind hierbei die kontinuierlich steigenden Anforderungen an die Datenverarbeitung – nur beherrschbar mit hoher Präzision, Zuverlässigkeit und Qualität in der Fertigung der Kfz-Bordnetze. Dies erreicht der Spezialist mit seiner Maschinenplattform Lambda X, inkl. neuer Bussysteme und bis hin zur Prozessautomatisierung für die großvolumige Verarbeitung. Dabei setzt er auf PC-based Control und insbesondere auf das lineare Transportsystem XTS von Beckhoff.
In modernen Fahrzeugen schicken zahlreiche, untereinander vernetzte Funktionssteuerungen ihre Daten über lange Kabeltrassen zum zentralen Bordrechner. Durch die seit Jahren wachsende Funktionsvielfalt sind komplexe E/E (Elektrik/Elektronik)-Architekturen entstanden, die sich nur noch sehr aufwendig erweitern lassen. Zudem steigern diese mit ihren zahlreichen und langen Kabeln unnötig das Kfz-Gewicht und nehmen kostbaren Bauraum ein. Abhilfe schaffen hier Automotive-Ethernet-Stecksysteme und -Datenleitungen, die selbst große Datenmengen mit Hochgeschwindigkeit im Multi-GBit-Bereich transferieren. Hinzu kommen neue Konzepte für eine einfachere Kommunikationsinfrastruktur. Diese sehen zonale Gateways für die Datenverarbeitung in Echtzeit vor, die u. a. eine wesentliche Voraussetzung für die nächsten Level des autonomen Fahrens darstellen.
Hinsichtlich der Produktionseffizienz eröffnen diese neuen Kfz-Bordnetze ebenfalls großes Optimierungspotenzial, wie Manuel Eggersdorfer, Leiter R&D bei Komax SLE, erläutert: „Im Gegensatz zu den aktuell maßgeschneiderten, komplexen Kabelbäumen sind die kleineren, einfach strukturierten Kabelsätze zonaler Bordnetze wie gemacht für die automatisierte Fertigung. Diese steigert die Produktivität erheblich – und das bei gleichbleibend hoher Qualität.“ Michael Schreiner, Produktmanager bei Komax SLE, ergänzt dazu: „Eine automatisierte Kabelsatz-Fertigung ermöglicht geringere Toleranzen gegenüber Bordnetz-Störeinflüssen, eine höhere Präzision bei Leiterbearbeitung und Steckermontage sowie eine Miniaturisierung durch kleinere Leiterquerschnitte bzw. kürzere Abisolierlängen und entsprechend kleinere, leichtere Steckverbinder. Bei der Lambda X – mit XTS als neuartiger Transfertechnologie zwischen den einzelnen Prozessmodulen – kommen ein um bis zu 45 % bzw. von 20 auf 10 m Maschinenlänge reduzierter Anlagen-Footprint und eine äußerst flexible Ethernet-Konfektionierung hinzu.“
Anpassbare Maschinenplattform für komplexe Prozesse
Die Maschinenplattform Lambda X wurde von Komax SLE als modulare und hochflexible Basis zur halb- oder vollautomatischen Konfektionierung von mehrstufig zu montierenden Kontaktsystemen, d. h. von komplexen Steckersystemen konzipiert. Der modulare Aufbau in Bezug auf Hardware, Maschinensteuerung und Visualisierung ermöglicht ein effizientes und intuitives Arbeiten. Die Prozessmodule sind frei konfigurierbar und können entsprechend den Konfektionierungsanforderungen der unterschiedlichen Stecksysteme und Leitungstypen angeordnet werden. Der hohe Automatisierungsgrad ist zudem eine Grundvoraussetzung für die insbesondere in der Automotive-Industrie sehr hohen Maßgaben hinsichtlich 100-%-Testung sowie Track-and-Trace. Zu den Details erläutert Manuel Eggersdorfer: „Unsere rund 100 Prozessmodule zeichnen sich durch einen großen Standardisierungsanteil aus. Die produktberührenden Teile sind allerdings in der Regel wechselbar ausgeführt, sodass sich sehr einfach kabelspezifische Varianten ergeben.“
Den Plattform- und Modularitätsgedanken hat Komax SLE auch hinsichtlich der Software umgesetzt, wie Michael Schreiner verdeutlicht: „Das Solutions Software Framework stellt ein umfangreiches Standardportfolio an Softwarefunktionen bereit, die sich nicht nur auf die Lambda-Maschinenserie bezieht, sondern auch an anderen Komax-Standorten genutzt wird. Abgedeckt wird dabei ein zunehmend vielfältiges Anwendungsspektrum, also nicht nur Kabelverarbeitungsmaschinen, sondern z. B. auch Bandagiermaschinen. Um dennoch ein optimales, nicht überladenes User Interface anbieten zu können, setzen wir auf die u. a. mit unterschiedlichen IPC-Konfigurationen sehr flexible Beckhoff Technik.“
Wie komplex die Kabelverarbeitung ist, verdeutlichen die zahlreichen in der Lambda X zum Einsatz kommenden Prozessmodule. So beginnt der Ablauf mit einem Abisoliermodul, bei Bedarf ergänzt um ein Rotativ-Abisoliermodul für das stufenweise Abziehen des Kabelmantels. Hinzu kommen Crimpmodule, Kameramodule und Kraftüberwachungen zur Qualitätskontrolle sowie die spezifischen Bearbeitungsschritte bei geschirmten Leitungen oder Twisted-Pair-Kabeln. Ein weiteres Maschinenelement ist der Coiler, der die bis zu 15 m langen Leitungen wickelt, um diese überhaupt durch die Anlage transportieren zu können. Vor dessen Entwicklung musste dies für alle Leitungen ab etwas 1,5 m Länge in einem aufwendigen manuellen Prozess erledigt werden. Dazu Manuel Eggersdorfer: „Das war durchaus eine anspruchsvolle Entwicklung, alleine schon wegen des hohen zu bewegenden Gewichts. Präzise gesteuert wird die Wicklung über einen Beckhoff Servoverstärker AX5000 und die Softwarefunktion TwinCAT 3 NC Camming.“
Entwicklungssprung durch intelligenten Produkttransport
Das lineare Transportsystem XTS von Beckhoff sieht Michael Schreiner bei der Lambda X als einen entscheidenden Entwicklungssprung und Marktvorteil, da der Prozessablauf nun nicht mehr von einem Takt abhänge und man die Prozessmodule mit einer äußerst hohen Packungsdichte in der Maschine platzieren könne. Zum erwähnten 45 % kleineren Footprint komme hinzu, dass XTS im Gegensatz zum konventionellen Produkttransport auch Rückwärtsbewegungen ermögliche, was z. B. in kleineren Anlagen für das mehrmalige Anfahren eines Abisoliermoduls genutzt werde und so ein zusätzliches Modul vermeiden würde. Außerdem biete das System im Vergleich zur bisherigen Antriebstechnik deutliche Vorteile hinsichtlich Verschleiß und Fehleranfälligkeit – ganz im Sinne der von Komax SLE erreichten Maschinenlanglebigkeit.
In der Lambda X kommt je nach Ausbaustufe ein ovales, bis zu 9 m langes XTS-System mit 38 bis 62 Motormodulen zum Einsatz. Für den Produkttransport sorgen bis zu 60 XTS-Mover, die laut Michael Schreiner ausreichen, um die Anlage voll bestückt zu halten, Wartezeiten im Bearbeitungsprozess zu vermeiden und negative Einflüsse auf die vorgesehene Taktzeit zu vermeiden. Neben der optimierten Modulkonfiguration bietet XTS für ihn noch einen weiteren entscheidenden Vorteil: „Wir können die Module selbst so klein wie möglich bauen und sind bei deren Positionierung frei von bisherigen Einschränkungen. Und die Bearbeitungsposition bezogen auf das einzelne Modul lässt sich ebenfalls frei und für den Gesamtaufbau optimal wählen. Außerdem musste bisher für einen optimalen Anlagenbetrieb jedes Modul sehr genau ausgerichtet werden. Mit XTS ist dies per Software viel einfacher möglich. Hinzu kommt, dass an den Übergabepunkten deutlich weniger mechanischer, pneumatischer und sensorischer Aufwand als im konventionellen Fall erforderlich ist. Einen Zeitvorteil ergeben XTS und TwinCAT letztendlich auch bei der Umrüstung auf eine neue Kabelkonfektionierung.“
Mit XTS und weiteren rotatorischen Achsen kommt eine Lambda X schnell auf über 100 präzise zu steuernde Bewegungsfunktionen. Grundlage dafür bildet die hochleistungsfähige EtherCAT-Kommunikation, die laut Manuel Eggersdorfer zudem die Vorteile Topologiefreiheit, hohe Zuverlässigkeit und breites Spektrum auch an Drittkomponenten bietet. Die rotatorischen Servoachsen sind realisiert über Servoverstärker AX5000 und Servomotoren AM8000 bzw. Servomotor-EtherCAT-Box-Module EP7211 und Servomotoren AM8100, deren Vorteile Manuel Eggersdorfer folgendermaßen beschreibt: „Wir profitieren im Motion-Bereich sowohl von der hohen Leistungsfähigkeit von EtherCAT als auch von der effizienten Beckhoff One Cable Technology (OCT). Außerdem bietet uns u. a. die kompakte Antriebstechnik mit den EtherCAT-Box-Modulen EP7211 die Möglichkeit, den Schaltschrankplatzbedarf weitestgehend zu reduzieren.“
Systemintegrierte Energiemesstechnik und zukünftsfähige IPC-Technik
Dass mit PC-based Control von Beckhoff auch eine nahtlos integrierte Energiemesstechnik zur Verfügung steht, bietet für Komax SLE weitere Vorteile. Diese erläutert Manuel Eggersdorfer: „In der Lambda X kommen eine Leistungsmessklemme EL3443 und drei Mini-Durchsteck-Stromwandler SCT1111-0032 zum Einsatz. Noch viel mehr nutzen wir die systemintegrierte Energiemesstechnik aber in unseren eigenen Prüfständen, um den Energiebedarf der einzelnen Prozessmodule zu bestimmen. Anhand dieser Daten lässt sich anschließend entsprechend des jeweiligen Maschinen-Layouts der Gesamtenergiebedarf, der CO2-Footprint und sogar das zugehörige CO2-Äquivalent pro gefertigter Leitung angeben. Diese Informationen werden für unsere Kunden immer wichtiger.“
Kern des Steuerungssystems der Lambda X bildet der Ultra-Kompakt-Industrie-PC C6032, der sowohl aufgrund seiner kleinen Baugröße als auch der hohen Rechenleistung ausgewählt wurde. Hierzu Michael Schreiner: „Der C6032 nutzt einen leistungsstarken Prozessor vom Typ Intel® Core™ i7 und dieser ist mit der Steuerung, der Visualisierung sowie der Traceability per SQL-Datenbank nahezu ausgelastet. Umso wichtiger ist die kontinuierliche Weiterentwicklung von PC-based Control, beispielsweise mit TwinCAT Core Boost. Hier sehen wir zukünftiges Potenzial, indem die gesamte Applikation konsequenter auf mehrere Prozessorkerne verteilt und die jeweilige Core-Taktfrequenz passend festgelegt wird. Zusätzliche Unterstützung erwarten wir durch TwinCAT MC3 als Multicore- und Multitask-fähige Motion-Control-Lösung.“ Ebenso zukunftsfähig sei die Bedienlösung über die bis zu zwei kundenspezifischen, über CP-Link 4 effizient angebundenen Multitouch-Control-Panel CP3921. Diese seien nicht nur robust und qualitativ hochwertig, sondern u. a. mit der Tastererweiterung inkl. RFID-Leser optimal auf die Nutzer der Lambda X abgestimmt und vor allem langzeitverfügbar.
