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Bild: Uwe Zänker, iStock
Per Embedded-PC gesteuert

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Schleiflösung für Werkstücke aus Metall

Text: Stefan Ziegler, Beckhoff
Werkstücke aus Edelstahl, Stahl oder Aluminium bekommen am Ende der Produktion noch den richtigen Schliff. Sind Anpressdruck und Durchlaufgeschwindigkeit nicht genau aufeinander abgestimmt, kommt es schnell zu Unebenheiten. Ein modulares Schleifportal mit PC-Steuerung zeigt, dass es die Aufgabe besser bewältigt als erfahrene Handwerker.

Dunstabzugshauben, Spülen sowie Rahmen und Blechverkleidungen aus Edelstahl für Lebensmittelverarbeitungsmaschinen und Verpackungsanlagen werden am Ende ihres Bearbeitungsprozesses in der Regel geschliffen und poliert. Neben optischen Gesichtspunkten dient dies vor allem der verbesserten Reinigbarkeit der Oberflächen. Denn gerade in Bezug auf die Hygieneanforderungen in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie gilt: Je feiner das Schliffbild der Oberfläche, umso weniger Verschmutzung und desto höher die Beständigkeit gegen aggressive Säuren und Laugen.

In vielen Fertigungsbetrieben wird das Finishing von Werkstücken noch mit Handmaschinen ausgeführt. Die Qualitätsanforderungen sind hoch, denn Fehler am Ende der Wertschöpfungskette sind besonders teuer. Andererseits ist das Schleifen schwere körperliche Arbeit, und die entstehenden Feinstäube gefährden die Gesundheit der Mitarbeiter. Die Automatisierung von Bandschleifmaschinen entlastet die Werker, sichert eine gleichbleibende Qualität und ermöglicht einen wirtschaftlichen Einsatz, im Idealfall schon ab Losgröße 1.

Automatisiertes Schleifportal

Peitzmeier Maschinenbau in Gütersloh entwickelt, konstruiert und baut Maschinen für die Oberflächenbearbeitung von Werkstücken aus Edelstahl, Stahl oder Aluminium. Bei der Umsetzung des Maschinenkonzepts für das Omni-Grind-Portal entschied sich Firmengründer und Geschäftsführer Ulrich Peitzmeier für Beckhoff: „Durch die Wahl eines Steuerungsherstellers mit umfassendem Anwendungs-Know-how im Maschinenbau konnten wir bei der Software-Auslegung Hand-in-Hand arbeiten.“ Die Maschinen ermöglichen einen akkuraten Feinschliff in gleichmäßig hoher Qualität, ganz ohne Ausschuss oder Nacharbeit. In der einfachsten Ausführung funktioniert das System mit einer manuell betätigten Handlings-Einrichtung und pneumatisch arretierten Achsen. In der nächsten Ausbaustufe übernehmen Antriebe das Handling, und in der Maximalausstattung werden diese Achsen vollautomatisch über das Steuerungsprogramm bewegt.

Die Programmierung erfolgt praxisnah. Für die Werkstückvermessung wird die Kontur einfach nur per Handrad angefahren, der Anfangs- und Endpunkt eingeteacht und der gewünschte Vorschub eingegeben. Die Intensität des Materialabtrags regeln zwei geführte Pneumatikzylinder, die die Kontaktwalze auf das Schleifband drücken. Der Druck der Pneumatikzylinder wird über ein Servoproportionalventil geregelt. An den Umkehrpunkten mit der einhergehenden längeren Verweildauer werden für den Anpressdruck der Kontaktwalze über die schnelle Beckhoff-Steuerung Rampen definiert, um unerwünschte Schattierungen an der Werkstückoberfläche zu vermeiden.

Durchgängiges Steuerungssystem

Kern des Steuerungssystems ist der Embedded-PC CX2020 in Verbindung mit dem 15"-Multitouch-Panel CP3915. Die lüfterlose Bauweise des Embedded-PCs trägt in der feinstaubbelasteten Umgebung zu einem ausfallsicheren Betrieb bei. Als Automatisierungs-Software kommt Twincat NC PTP zum Einsatz. Peitzmeier: „Ein wesentlicher Punkt ist die Reak­tions­geschwindigkeit. Bei Bandgeschwindigkeiten von 30 m/s bewegt sich das Werkstück mit 40 m/min vorwärts. Und auch bei Änderungen der Geometrie muss der Tischvorschub immer im gleichen Verhältnis zur Vorschubgeschwindigkeit des Werkstücks stehen. Nur so wird ein gleichmäßiges Schliffbild erzeugt.“

Wichtig war für Peitzmeier zudem, dass die Motion Control mit einem großen Regelbereich und einer hochdynamischen Antriebssteuerung aufwartet. Sie steuert je nach Ausbau mehrere Linearachsen für Tisch- und Werkzeugantrieb sowie die drei Schwenkachsen der Spanneinrichtung. Hier schaffe Ethercat die erforderliche Schnelligkeit und Flexibilität, um zusammen mit dem Ethercat-Klemmensystem das modulare Maschinenkonzept umsetzen zu können.

Mit Twinsafe als integralem Teil der Steuerungslösung werden die erforderlichen Sicherheitsfunktionen umgesetzt. So wird der Antrieb bei Not-Halt oder Riss des Schleifbands schnellstmöglich über eine Rampenfunktion abgebremst und anschließend der Hauptantriebsmotor drehmomentfrei geschaltet. Lichtschranken sichern den Einrichtbetrieb ab, wobei Twinsafe die Vorschubbewegungen auf 2 m/min reduziert.

Im Servicefall gerüstet

Für den Maschinenbauer zählen Flexibilität und Nachrüstbarkeit sowie die Schnelligkeit der Lösung. Zudem seien seine Kunden darauf angewiesen, in jedem Land der Welt entsprechende Ersatzteile für die Steuerungstechnik zu erhalten. Aufgrund dieser Erfahrungen will Peitzmeier künftig die Systemdurchgängigkeit noch ausbauen und auch Beckhoff-Servoantriebstechnik einsetzen. Vorteile sieht er in der mit Einkabelanschlusstechnik OCT und bei den kompakten Servoverstärkern EL72xx im Busklemmenformat.

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