Der Einsatz von Robotern ist bei der Produktion hochwertiger Werkstücke heute alltäglich. Zur Bearbeitung müssen die Bauteile mit Hilfe einer Spannvorrichtung fixiert werden. Bei Verwendung eines gewöhnlichen Palettenspeichers kann allerdings in einer Aufspannung lediglich ein Bearbeitungsschritt vollautomatisch erledigt werden. Danach stockt der Produktionsfluss, wenn für weitere Arbeiten Bauteile umzusetzen und Spannbacken oder gar ganze Vorrichtungen zu wechseln sind. Hier schafft nun der renommierte Spanntechnikspezialist ROEMHELD Abhilfe. Auf der internationalen Fachmesse für Produktionstechnik EMO 2013 in Hannover präsentierte er vielbeachtete Spannlösungen für die automatisierte Werkstückbearbeitung, die sich auch schon ab Losgröße 1 zukunftssicher realisieren lassen.
FRAGE: In den vergangenen 20 Jahren ist der internationale Werkzeugmaschinenverbrauch um 70 Prozent gestiegen, allein aus Europa kommt jede zweite Maschine, geliefert wird in über 70 Länder. Diese Zahlen nennt der Verein Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken VDW und sieht darin eine große Chance für die Anbieter von Produktionstechnik. Aber wer hat tatsächlich im globalen Wettbewerb die Nase vorn?
GUIDO BORN (Produktbereichsleiter Werkstückspannsysteme, am ROEMHELD Standort Hilchenbach): Die diesjährige VDW-Fachmesse EMO 2013 stand unter der Überschrift "Intelligence in Production", gefragt waren also intelligente zukunftsträchtige Lösungen für die Produktionstechnik, die dem hohen Kostendruck und den gestiegenen Anforderungen in punkto Effizienz und Umweltverträglichkeit gerecht werden. Ich denke schon, dass wir in Europa in all diesen Punkten eine gewisse Vorreiterrolle haben, und im globalen Wettbewerb die Nase vorn haben.
FRAGE: Was bedeutet das für Ihre Sparte - die Spanntechnik?
GUIDO BORN: Wir arbeiten fortlaufend daran, Spann- und Rüstzeiten in der Werkstückbearbeitung für unsere Kunden zu verkürzen. Auf der EMO 2013 in Hannover haben wir wieder einige innovative Automationslösungen für die Werkstückspannung demonstriert, die vielfach Beachtung fanden. Verkürzte Spann- und Rüstzeiten, längere Maschinenlaufzeiten, eine hohe Präzision in der Werkstückbearbeitung und die exakte Reproduzierbarkeit der jeweiligen Spannkräfte und Positionierungen sind die wichtigsten Vorteile dieser Automationslösung und standen klar im Fokus der Entwicklung.
FRAGE: Was bewirken die neuen Spannsysteme?
GUIDO BORN: Alle Arbeitsschritte vom Einlegen des Werkstücks in die Spannvorrichtung über seine Bearbeitung bis zur Entnahme laufen hierbei automatisch ab. Müssen Werkstücke im Zuge der Fertigung umgesetzt und dafür die Backen am Spannsystem gewechselt oder der Spannbereich verändert werden, lassen sich auch diese Vorgänge automatisieren. Dadurch sind ohne manuelle Eingriffe verschiedene Aufspannungen und unterschiedliche Arbeitsgänge möglich.
FRAGE: Für welche Werkstücke sind die neuen Automationslösungen geeignet?
GUIDO BORN: Unsere innovativen Spannlösungen eignen sich für Bauteile unterschiedlicher Größen, Masse und Geometrien, die bis zu sechsseitig mannlos bearbeitet werden können. Grenzen hinsichtlich der Dimensionen und Masse der Werkstücke geben natürlich der verfügbare Maschinenraum und der verwendete, frei wählbare Robotertyp vor.
FRAGE: Für die Entwicklung der automatisierten mechanischen Spannelemente haben Sie sich den renommierten Schraubspezialisten DEPRAG aus Amberg ins Boot geholt?
PETER GNÜCHTEL (DEPRAG): Wir bieten eine überzeugende Auswahl an EC-Servo Schraubsystemen und Druckluftschraubern in unserem Sortiment. Diese Schraubspindeln sind im vorliegenden Fall der Antrieb für das Öffnen und Schließen der entsprechenden Spannvorrichtung.
GUIDO BORN: Aber die Schrauber von DEPRAG bieten noch viel mehr. Unser Automatisierungspartner DEPRAG verfügt über ein umfassendes Know-how auf dem Gebiet der Steuerungstechnik. Und das machte die Zusammenarbeit für uns so wertvoll.
FRAGE. Können wir da ein wenig ins Detail gehen?
GUIDO BORN: Gerne. Neben einer hydraulischen Lösung bieten wir nun auch eine pneumatische und eine vollautomatische Variante an. Diese neuen Varianten basieren auf Standardkomponenten der DEPRAG. Die pneumatische Spannvorrichtung wird von einem DEPRAG ADVANCED LINE Druckluftmotor mit einer Leistung von 280 W angetrieben. Sie erlaubt dem Bediener, ein schwergewichtiges Werkstück mit beiden Händen in das Spannelement einzulegen, während er mit einem Fußpedal den Druckluftmotor startet, der die Spindel zum Einspannen des Bauteils in Bewegung setzt. Für die voll automatisierte Lösung setzen wir dagegen auf DEPRAG EC-Schraubsysteme.
PETER GNÜCHTEL: Dabei wird die gewünschte Drehzahl und das Drehmoment über die Schraubablaufsteuerung eingestellt. Manuelles Hantieren mit dem Drehmomentschlüssel ist überflüssig. Das Resultat ist ein reproduzierbarer gleichmäßiger Kraftschluss, der die hohe Qualität der Bearbeitung wie zum Beispiel beim Zerspanen oder Polieren sicherstellt. Hier erfolgt die Steuerung ohne großen Aufwand direkt am Gerät.
FRAGE: Als Automationsmodul bei den auf der EMO 2013 vorgestellten neuen mechanischen HILMA Spannvorrichtungen werden EC-Schrauber mit zugehörigen Steuerungen verwendet. Es kommen Ein- und Zweispindeleinheiten zum Einsatz?
PETER GNÜCHTEL: Ja. Für das Zentrierspannsystem HILMA MC empfahlen wir eine Ein-Spindeleinheit mit einem DEPRAG MINIMAT® EC-Servo Einbauschrauber (in gerader Bauform). Dieser erlaubt eine freie Programmierung der Spannkraft und gewährleistet dadurch maximale Flexibilität und Prozesssicherheit. Innerhalb eines Drehmomentbereichs von 50 bis 270 Nm lassen sich Drehmomente, Drehzahlen, Wartezeiten und Drehrichtung individuell anpassen. Die integrierte sensorgesteuerte Drehmoment- und Drehwinkelmessung ermöglicht die exakte Regelung des Spannvorgangs, sowie die Dokumentation wichtiger Prozessparameter und garantiert höchste Genauigkeit auf wiederholbarer Basis.
GUIDO BORN: Die Spindeleinheit mit dem EC-Schrauber wird durch die DEPRAG Ablaufsteuerung AST30 gesteuert, die die freie Programmierung der Abläufe bei unserem Spannsystem ermöglicht. Spezifische Systemabläufe können unter Verwendung von bereits hinterlegten Grundprogrammen zusammengestellt werden. Die notwendigen Parameter werden über eine Zentralsteuerung (Roboter, Logistik und Schraubtechnik) in Abhängigkeit des Auftrags an das Schraubmodul eingegeben. Ein gut lesbares Display bietet schnellen Zugang zu den Nutzerprogrammen, die über Nummern auswählbar sind.
PETER GNÜCHTEL: Für den stationären Einsatz einer automatisierten Produktion sind Kommunikationsschnittstellen von entscheidender Bedeutung. Die AST30 kommuniziert über Ethernet, Profibus, SPS-Schnittstelle und RS232. Sie speichert die Ergebnisse der letzten 1400 Spannvorgänge und stellt sie zum Abruf bereit. Zusätzliche Softwaremodule enthalten die graphische Darstellung von Schraubkurven, integrierte SPC-Funktionen und umfangreiche Analysemöglichkeiten per PC.
FRAGE: Das Automationsmodul eignet sich auch zur Nachrüstung bestehender Spannsysteme. Ist das nicht ein großer Aufwand?
PETER GNÜCHTEL: Eben nicht. Durch die kompakte modulare Bauweise unserer Schraubeinheiten lässt es sich in jede Maschine integrieren.
GUIDO BORN: Das DEPRAG Schraubfunktionsmodul mit einfachen Schnittstellen verringerte den Aufwand zur Systemintegration bei unseren Kunden erheblich. Wir erhielten das Schraubmodul von der DEPRAG als integrationsfertigen Funktionsbaustein, der gezielt und umfassend mit unseren Musterteilen erprobt wurde.
PETER GNÜCHTEL: Ein weiteres vorrangiges Ziel unserer Entwicklungsingenieure ist die Minimierung von Service- und Wartungsaufwand. So ermöglicht auch die integrierte Standardsoftware der für die Zentrierspannsysteme gewählten Basissteuerung LC156 mit 30 Eingängen und 26 Ausgängen eine kostengünstige, schnelle und einfache Anbindung. Die Menüführung ist im Standardprogramm bereits komplett vorhanden: Kommunikation TP-CPU, Fehlerbehandlung, Endschalterüberwachung, Menüführung Touch Panel (TP), Fehlerausgabe, Öler, Teilezähler und Taktzeit, Schiebeschlitten, Handbetriebsfunktionen.
FRAGE: Das automatisierte Zentrierspannsystem HILMA MC eignet sich...
GUIDO BORN: ...besonders gut für Werkstücke auf vertikalen und 5-Achs-Bearbeitungszentren. Das Zwei-Spindel-Modul, das DEPRAG in Zusammenarbeit mit uns entwickelt hat, kommt dagegen bei unseren Turmspannsystemen der Baureihe TS 125 zum Einsatz. Das ermöglicht jetzt auch automatisiert ein sicheres, rüstzeitarmes Mehrfachspannen auf Horizontal-Bearbeitungszentren. Unsere HILMA TS-Turmspannsysteme sind das universell einsetzbare Basiselement für eine Vielzahl von Positionier- und Spannaufgaben in der flexiblen Fertigung.
FRAGE: Die Zweispindeleinheit unterscheidet sich im Aufbau nicht wesentlich vom oben genannten Einspindel-Schraubmodul?
PETER GNÜCHTEL: Nein, nicht so sehr. Selbstverständlich sind dafür zwei MINIMAT® EC-Servo-Schrauber (Drehmomentbereich 25 bis 140 Nm) und zwei AST30 Ablaufsteuerungen notwendig. Unser Schraubfunktionsmodul wird um eine etwas größere Basissteuerung mit 38 Eingängen und 34 Ausgängen erweitert. Um den Achsenabstand der Schraubspindeln im Turmspannsystem TS so gering wie möglich zu gestalten, entwickelten wir allerdings eigens für die HILMA- Produkte ein neues Vorsatz-Seitenversatzgetriebe. So können eine hohe Werkstückdichte erreicht und Verfahrwege minimiert werden.
GUIDO BORN: Das war für uns ein großer Vorteil: Der Automatisierungsexperte DEPRAG hat zwar ein immenses Standardprogramm, aber für den Fall, dass dort die angestrebte Automatisierungslösung nicht zu finden ist...
PETER GNÜCHTEL: ...haben wir immer gute Ideen und Lösungen.
Vielen Dank für das interessante Gespräch.
Unser Interview führte Fachredakteurin Trixy Schmidt mit Produktbereichsleiter Werkstückspannsysteme Guido Born am ROEMHELD Standort Hilchenbach und DEPRAG Anwendungsspezialist Peter Gnüchtel.
Über ROEMHELD:
ROEMHELD entwickelt, fertigt und vertreibt als einer der weltweiten Markt- und Qualitätsführer Komponenten für eine schnelle, automatisierte und wirtschaftliche Fertigungs-, Montage-, Spann- und Antriebstechnik. Kernbranchen sind der internationale Maschinenbau, die Automobil-, Luftfahrt- und Agrarindustrie sowie die Medizintechnik. Außerdem bietet ROEMHELD ein umfassendes Sortiment an Elementen zur Herstellung, Prüfung und Wartung von Großbauteilen für Windenergieanlagen. Das breite Produktangebot besteht aus insgesamt rund 16.000 Katalogartikeln, darüber hinaus entwickeln Techniker und Konstrukteure von ROEMHELD laufend kundenspezifische Lösungen. Die 450 Mitarbeiter an den drei Standorten Laubach, Hilchenbach und Götzis / Österreich erzielten 2012 einen Umsatz von rund 90 Mio. Euro. Mit eigenen Vertriebs- und Servicegesellschaften ist ROEMHELD in mehr als 50 Ländern auf allen Kontinenten vertreten.
FRAGE: In den vergangenen 20 Jahren ist der internationale Werkzeugmaschinenverbrauch um 70 Prozent gestiegen, allein aus Europa kommt jede zweite Maschine, geliefert wird in über 70 Länder. Diese Zahlen nennt der Verein Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken VDW und sieht darin eine große Chance für die Anbieter von Produktionstechnik. Aber wer hat tatsächlich im globalen Wettbewerb die Nase vorn?
GUIDO BORN (Produktbereichsleiter Werkstückspannsysteme, am ROEMHELD Standort Hilchenbach): Die diesjährige VDW-Fachmesse EMO 2013 stand unter der Überschrift "Intelligence in Production", gefragt waren also intelligente zukunftsträchtige Lösungen für die Produktionstechnik, die dem hohen Kostendruck und den gestiegenen Anforderungen in punkto Effizienz und Umweltverträglichkeit gerecht werden. Ich denke schon, dass wir in Europa in all diesen Punkten eine gewisse Vorreiterrolle haben, und im globalen Wettbewerb die Nase vorn haben.
FRAGE: Was bedeutet das für Ihre Sparte - die Spanntechnik?
GUIDO BORN: Wir arbeiten fortlaufend daran, Spann- und Rüstzeiten in der Werkstückbearbeitung für unsere Kunden zu verkürzen. Auf der EMO 2013 in Hannover haben wir wieder einige innovative Automationslösungen für die Werkstückspannung demonstriert, die vielfach Beachtung fanden. Verkürzte Spann- und Rüstzeiten, längere Maschinenlaufzeiten, eine hohe Präzision in der Werkstückbearbeitung und die exakte Reproduzierbarkeit der jeweiligen Spannkräfte und Positionierungen sind die wichtigsten Vorteile dieser Automationslösung und standen klar im Fokus der Entwicklung.
FRAGE: Was bewirken die neuen Spannsysteme?
GUIDO BORN: Alle Arbeitsschritte vom Einlegen des Werkstücks in die Spannvorrichtung über seine Bearbeitung bis zur Entnahme laufen hierbei automatisch ab. Müssen Werkstücke im Zuge der Fertigung umgesetzt und dafür die Backen am Spannsystem gewechselt oder der Spannbereich verändert werden, lassen sich auch diese Vorgänge automatisieren. Dadurch sind ohne manuelle Eingriffe verschiedene Aufspannungen und unterschiedliche Arbeitsgänge möglich.
FRAGE: Für welche Werkstücke sind die neuen Automationslösungen geeignet?
GUIDO BORN: Unsere innovativen Spannlösungen eignen sich für Bauteile unterschiedlicher Größen, Masse und Geometrien, die bis zu sechsseitig mannlos bearbeitet werden können. Grenzen hinsichtlich der Dimensionen und Masse der Werkstücke geben natürlich der verfügbare Maschinenraum und der verwendete, frei wählbare Robotertyp vor.
FRAGE: Für die Entwicklung der automatisierten mechanischen Spannelemente haben Sie sich den renommierten Schraubspezialisten DEPRAG aus Amberg ins Boot geholt?
PETER GNÜCHTEL (DEPRAG): Wir bieten eine überzeugende Auswahl an EC-Servo Schraubsystemen und Druckluftschraubern in unserem Sortiment. Diese Schraubspindeln sind im vorliegenden Fall der Antrieb für das Öffnen und Schließen der entsprechenden Spannvorrichtung.
GUIDO BORN: Aber die Schrauber von DEPRAG bieten noch viel mehr. Unser Automatisierungspartner DEPRAG verfügt über ein umfassendes Know-how auf dem Gebiet der Steuerungstechnik. Und das machte die Zusammenarbeit für uns so wertvoll.
FRAGE. Können wir da ein wenig ins Detail gehen?
GUIDO BORN: Gerne. Neben einer hydraulischen Lösung bieten wir nun auch eine pneumatische und eine vollautomatische Variante an. Diese neuen Varianten basieren auf Standardkomponenten der DEPRAG. Die pneumatische Spannvorrichtung wird von einem DEPRAG ADVANCED LINE Druckluftmotor mit einer Leistung von 280 W angetrieben. Sie erlaubt dem Bediener, ein schwergewichtiges Werkstück mit beiden Händen in das Spannelement einzulegen, während er mit einem Fußpedal den Druckluftmotor startet, der die Spindel zum Einspannen des Bauteils in Bewegung setzt. Für die voll automatisierte Lösung setzen wir dagegen auf DEPRAG EC-Schraubsysteme.
PETER GNÜCHTEL: Dabei wird die gewünschte Drehzahl und das Drehmoment über die Schraubablaufsteuerung eingestellt. Manuelles Hantieren mit dem Drehmomentschlüssel ist überflüssig. Das Resultat ist ein reproduzierbarer gleichmäßiger Kraftschluss, der die hohe Qualität der Bearbeitung wie zum Beispiel beim Zerspanen oder Polieren sicherstellt. Hier erfolgt die Steuerung ohne großen Aufwand direkt am Gerät.
FRAGE: Als Automationsmodul bei den auf der EMO 2013 vorgestellten neuen mechanischen HILMA Spannvorrichtungen werden EC-Schrauber mit zugehörigen Steuerungen verwendet. Es kommen Ein- und Zweispindeleinheiten zum Einsatz?
PETER GNÜCHTEL: Ja. Für das Zentrierspannsystem HILMA MC empfahlen wir eine Ein-Spindeleinheit mit einem DEPRAG MINIMAT® EC-Servo Einbauschrauber (in gerader Bauform). Dieser erlaubt eine freie Programmierung der Spannkraft und gewährleistet dadurch maximale Flexibilität und Prozesssicherheit. Innerhalb eines Drehmomentbereichs von 50 bis 270 Nm lassen sich Drehmomente, Drehzahlen, Wartezeiten und Drehrichtung individuell anpassen. Die integrierte sensorgesteuerte Drehmoment- und Drehwinkelmessung ermöglicht die exakte Regelung des Spannvorgangs, sowie die Dokumentation wichtiger Prozessparameter und garantiert höchste Genauigkeit auf wiederholbarer Basis.
GUIDO BORN: Die Spindeleinheit mit dem EC-Schrauber wird durch die DEPRAG Ablaufsteuerung AST30 gesteuert, die die freie Programmierung der Abläufe bei unserem Spannsystem ermöglicht. Spezifische Systemabläufe können unter Verwendung von bereits hinterlegten Grundprogrammen zusammengestellt werden. Die notwendigen Parameter werden über eine Zentralsteuerung (Roboter, Logistik und Schraubtechnik) in Abhängigkeit des Auftrags an das Schraubmodul eingegeben. Ein gut lesbares Display bietet schnellen Zugang zu den Nutzerprogrammen, die über Nummern auswählbar sind.
PETER GNÜCHTEL: Für den stationären Einsatz einer automatisierten Produktion sind Kommunikationsschnittstellen von entscheidender Bedeutung. Die AST30 kommuniziert über Ethernet, Profibus, SPS-Schnittstelle und RS232. Sie speichert die Ergebnisse der letzten 1400 Spannvorgänge und stellt sie zum Abruf bereit. Zusätzliche Softwaremodule enthalten die graphische Darstellung von Schraubkurven, integrierte SPC-Funktionen und umfangreiche Analysemöglichkeiten per PC.
FRAGE: Das Automationsmodul eignet sich auch zur Nachrüstung bestehender Spannsysteme. Ist das nicht ein großer Aufwand?
PETER GNÜCHTEL: Eben nicht. Durch die kompakte modulare Bauweise unserer Schraubeinheiten lässt es sich in jede Maschine integrieren.
GUIDO BORN: Das DEPRAG Schraubfunktionsmodul mit einfachen Schnittstellen verringerte den Aufwand zur Systemintegration bei unseren Kunden erheblich. Wir erhielten das Schraubmodul von der DEPRAG als integrationsfertigen Funktionsbaustein, der gezielt und umfassend mit unseren Musterteilen erprobt wurde.
PETER GNÜCHTEL: Ein weiteres vorrangiges Ziel unserer Entwicklungsingenieure ist die Minimierung von Service- und Wartungsaufwand. So ermöglicht auch die integrierte Standardsoftware der für die Zentrierspannsysteme gewählten Basissteuerung LC156 mit 30 Eingängen und 26 Ausgängen eine kostengünstige, schnelle und einfache Anbindung. Die Menüführung ist im Standardprogramm bereits komplett vorhanden: Kommunikation TP-CPU, Fehlerbehandlung, Endschalterüberwachung, Menüführung Touch Panel (TP), Fehlerausgabe, Öler, Teilezähler und Taktzeit, Schiebeschlitten, Handbetriebsfunktionen.
FRAGE: Das automatisierte Zentrierspannsystem HILMA MC eignet sich...
GUIDO BORN: ...besonders gut für Werkstücke auf vertikalen und 5-Achs-Bearbeitungszentren. Das Zwei-Spindel-Modul, das DEPRAG in Zusammenarbeit mit uns entwickelt hat, kommt dagegen bei unseren Turmspannsystemen der Baureihe TS 125 zum Einsatz. Das ermöglicht jetzt auch automatisiert ein sicheres, rüstzeitarmes Mehrfachspannen auf Horizontal-Bearbeitungszentren. Unsere HILMA TS-Turmspannsysteme sind das universell einsetzbare Basiselement für eine Vielzahl von Positionier- und Spannaufgaben in der flexiblen Fertigung.
FRAGE: Die Zweispindeleinheit unterscheidet sich im Aufbau nicht wesentlich vom oben genannten Einspindel-Schraubmodul?
PETER GNÜCHTEL: Nein, nicht so sehr. Selbstverständlich sind dafür zwei MINIMAT® EC-Servo-Schrauber (Drehmomentbereich 25 bis 140 Nm) und zwei AST30 Ablaufsteuerungen notwendig. Unser Schraubfunktionsmodul wird um eine etwas größere Basissteuerung mit 38 Eingängen und 34 Ausgängen erweitert. Um den Achsenabstand der Schraubspindeln im Turmspannsystem TS so gering wie möglich zu gestalten, entwickelten wir allerdings eigens für die HILMA- Produkte ein neues Vorsatz-Seitenversatzgetriebe. So können eine hohe Werkstückdichte erreicht und Verfahrwege minimiert werden.
GUIDO BORN: Das war für uns ein großer Vorteil: Der Automatisierungsexperte DEPRAG hat zwar ein immenses Standardprogramm, aber für den Fall, dass dort die angestrebte Automatisierungslösung nicht zu finden ist...
PETER GNÜCHTEL: ...haben wir immer gute Ideen und Lösungen.
Vielen Dank für das interessante Gespräch.
Unser Interview führte Fachredakteurin Trixy Schmidt mit Produktbereichsleiter Werkstückspannsysteme Guido Born am ROEMHELD Standort Hilchenbach und DEPRAG Anwendungsspezialist Peter Gnüchtel.
Über ROEMHELD:
ROEMHELD entwickelt, fertigt und vertreibt als einer der weltweiten Markt- und Qualitätsführer Komponenten für eine schnelle, automatisierte und wirtschaftliche Fertigungs-, Montage-, Spann- und Antriebstechnik. Kernbranchen sind der internationale Maschinenbau, die Automobil-, Luftfahrt- und Agrarindustrie sowie die Medizintechnik. Außerdem bietet ROEMHELD ein umfassendes Sortiment an Elementen zur Herstellung, Prüfung und Wartung von Großbauteilen für Windenergieanlagen. Das breite Produktangebot besteht aus insgesamt rund 16.000 Katalogartikeln, darüber hinaus entwickeln Techniker und Konstrukteure von ROEMHELD laufend kundenspezifische Lösungen. Die 450 Mitarbeiter an den drei Standorten Laubach, Hilchenbach und Götzis / Österreich erzielten 2012 einen Umsatz von rund 90 Mio. Euro. Mit eigenen Vertriebs- und Servicegesellschaften ist ROEMHELD in mehr als 50 Ländern auf allen Kontinenten vertreten.
