Einfacher Austausch

IO-link - In Kooperation mit Balluff hat Weber-Hydraulik eine teilautomatisierte Anlage realisiert, die unterschiedliche Hydraulikzylinder montieren kann. IO-Link sammelt dabei sämtliche Signale der Prozessebene ein und sorgt für einen bidirektionalen Datenaustausch.

30. September 2019
Einfacher Austausch
Montagelinie für Hydraulikzylinder: Die Prozessebene ist über IO-Link angebunden. (Bild: Balluff)

Eine aus zig Fertigungsstationen, Antrieben und Zuführeinheiten gespeiste polyfone Geräuschkulisse erfüllt die Werkshalle. Noch vor Kurzem war bei Weber die Montage von Hydraulikzylindern in weiten Teilen Handarbeit. Heute übernimmt eine u-förmige, rund zehn mal sechs und in der Höhe drei Meter messende Anlage diese Aufgabe, unterstützt von drei Werkern. Vorne werden Zylinderrohr und Kolbenstange paarweise auf Werkstückträgern in Position gebracht, hinten kommen fertig montierte, qualitätsgeprüfte und individuell gekennzeichnete Hydraulikzylinder heraus.

Weber-Hydraulik mit Sitz in Güglingen bei Heilbronn stellt überwiegend maßgeschneiderte Hydrauliklösungen her. Seit mehr als 75 Jahren produziert das Familienunternehmen Zylinder, Steuerblöcke, Lenk- und Federungssysteme, Ventile und Aggregate für mobile Arbeitsmaschinen, Nutzfahrzeuge, Werkzeugmaschinen und Rettungsgeräte. Rund 2.100 Mitarbeiter arbeiten an elf Standorten weltweit.

Lag der Schwerpunkt bis vor wenigen Jahren noch vorwiegend im Bereich des Vorrichtungs- und Betriebsmittelbaus, betrat das Unternehmen mit dem Bau eigener Produktionsanlagen Neuland. »Im Jahr 2013 haben wir uns das Ziel gesteckt, die Montage unserer Hydraulikzylinder effizienter und wirtschaftlicher zu gestalten. Wir planten eine teilautomatisierte Fertigungslinie, auf der wir mit geringen Umrüstzeiten rund 25 unterschiedliche Zylindertypen fahren können«, erläutert Nikolai Wengel, Abteilungsleiter Vorrichtungs- und Anlagenbau.

RFID-Chips als Informationsträger

An konstruktiver Expertise sowie an einer Vorstellung vom Anlagenaufbau mangelte es nicht. Gleichwohl wurde deutlich, dass im Feld eine Vielzahl anzuschließender Sensorik und Aktorik erforderlich sein würde, um Zylinderrohr und Kolbenstange weitestgehend automatisiert durch den Montageprozess zu schleusen.

Mit Balluff verbindet Weber-Hydraulik seit Langem eine enge Partnerschaft. Es lag also nahe, in Sachen Anbindung der Prozessebene die Automatisierungsexperten aus Neuhausen bei Stuttgart um Rat zu fragen. Herbert Frank, Area Sales Manager bei Balluff, kennt die Güglinger seit vielen Jahren. »Gemeinsam sind wir den Entwurf durchgegangen, haben Fragen und offene Punkte geklärt, Abläufe optimiert und Details geändert. Für mich war klar: Das ist ein Fall für IO-Link.«

Die nach IEC 61131–9 zertifizierte Kommunikationsschnittstelle steht für ungehinderten Datenaustausch und hohe Funktionalität unterhalb der Busebene, so Balluff. Aktoren und Sensoren werden über einheitliche M12-Standardkabel und Sensorhubs angeschlossen und über einen IO-Link-Master über Profinet mit der Bus- beziehungsweise Steuerungsebene verbunden. »Die innovative bidirektionale Punkt-zu-Punkt-Verbindung trägt in modernen Anlagen ganz wesentlich dazu bei, dass der Datenaustausch von und zur Prozessebene unkompliziert, transparent und zuverlässig funktioniert«, betont Frank.

Für die Güglinger war IO-Link zunächst Neuland. »Die einfache Art der Verkabelung, der modulare Anlagenaufbau, das simple Zusammenfügen einzelner Segmente, die zeit- und kostensparende Installation und Inbetriebnahme sind Argumente, die in diesem Geschäft überzeugen«, stellt Wengel fest. In der gesamten Anlage sind fünf verschiedene magnetostriktive Positionsmesssysteme, zwei Ultraschall-, acht Drucksensoren, mehrere Induktiv- und Magnetfeldsensoren, neun IO-Link-Sensor-/Aktorhubs, zwölf RFID-Schreib-Leseköpfe, sechs Netzwerk-Module für Profinet und sieben Signalleuchten vom Typ SmartLight von Balluff im Einsatz. Sie alle sind über IO-Link angebunden, ausnahmslos über das standardisierte Dreidrahtkabel.

Anhand der im Chip des Werkzeugträgers gespeicherten Informationen erkennt das RFID- Lesegerät am Eingang zur Anlage, welcher Zylindertyp in die Anlage fährt. Dementsprechend sind die auszuführenden Aufgaben und erforderlichen Montageteile eindeutig definiert.

An der ersten Station werden Gelenklager von Hand auf eine Zuführschiene gesetzt. Die Signalleuchte signalisiert dem Werker den aktuellen Status der Station, etwa: Automatik-/Handbetrieb, alles OK, Störung, Bedienereinsatz erforderlich, bitte nachfüllen. SmartLight ist via IO-Link frei programmierbar, Farben und Zonen sind nicht fest zugewiesen. Nach Bedarf lassen sich Segment-, Level-, Lauflicht- sowie Fleximodi mit einem breiten Farbspektrum darstellen.

Intelligente Fertigung

Eine hydraulische Vorrichtung presst die Gelenklager vollautomatisch in das Auge von Zylinderrohr und Kolbenstange. Positionssensoren überwachen die Ausgangslage, ein Drucksensor den korrekten Einpressdruck – das Ergebnis wird an die Rechnerebene übermittelt und dokumentiert. Über ein Rollenband gelangt das Doppel aus Zylinderrohr und Kolbenstange zu aufeinander folgenden Hand- und Montagestationen: Ein Bediener legt Führungsringe, Buchsen und Lager ein. Mit einem Magnetgreifer dreht er das Rohr, eine Kamera kontrolliert, ob sämtliche Teile korrekt verbaut sind. Ist alles in Ordnung, werden Zylinderrohr und Kolbenstange dauerhaft zusammengefügt. Wegmesssysteme von Balluff überwachen die korrekte Position des Zylinderrohres im Montageprozess. Ein Werker arretiert den Springring von Hand in seiner finalen Endposition und verschließt den Stopfen.

Die nachfolgende automatisierte Hydraulik-Station prüft jeden Zylinder mit einer Nieder- und Hochdruckmessung bis 275 Bar auf Qualität und Funktionsfähigkeit. Treten Unregelmäßigkeiten oder Undichtigkeiten auf, wird dies im RFID-Chip vermerkt und der Zylinder anschließend als NIO-Teil aussortiert. Am Ende des Prozesses bringt ein Laser eine individuelle Seriennummer auf. Final prüft ein RFID-Lesekopf, ob der Werkstückträger tatsächlich ein IO-Teil transportiert.

Die Anlage repräsentiert in weiten Teilen das, was man unter intelligenter Fertigung versteht, wie Balluff hervorhebt. Die im Werkstückträger sitzenden RFID-Chips sind mit Informationen ausgestattet, die an den jeweiligen Montagestationen benötigt werden: Um welchen Typ von Hydraulikzylinder handelt es sich? Welche Arbeitsschritte, welche Teile sind erforderlich? Welcher Hub ist bei der Endprüfung entscheidend?

Steht ein neuer Zylindertyp zur Montage an, muss die Anlage nicht erst komplett leergefahren werden. Über zentral hinterlegte Parameter-Rezepte ist Sensorik und Aktorik on-the-fly umgestellt. »Mit IO-Link haben wir einen Standard, der flexibel und in keinem Punkt oversized ist. Balluff hat uns und unsere Belange sehr ernst genommen und mit uns eine Lösung entwickelt, die zukunftsweisend ist«, fasst Wengel zusammen.

Motek: Halle 5, Stand 5306

Erschienen in Ausgabe: 06/2019
Seite: 58 bis 59