Die Montage von Kreuzgelenken galt jahrzehntelang als kaum optimierbarer Prozess mit einem relativ hohen Anteil von Handeingriffen. Anfang 2013 nahm sich die Firma Holz automation aus Backnang der Sache an und entwickelte den ersten Prototypen einer vollautomatischen Montagelinie für Kreuzgelenke, bei der sämtliche Montageschritte und die Produktprüfung in einem Rundtakter integriert sind. Das überraschende Ergebnis: Mit der neuen Linie wird durch hochdynamische Prozesse und einer hundertprozentigen Prüfung eine absolute Prozesssicherheit erreicht. Nach der Fertigstellung der ersten beiden Rundtaktlinien entschied sich das Maschinenbauunternehmen, die seit dem Jahr 2000 auf den Bau von Sondermaschinen mit integrierter Prüftechnik spezialisiert ist, die gesamte Antriebs- und Automatisierungstechnik aller zukünftigen Linien auf einen neuen, durchgängigen Standard zu setzen. Denn Holz automation erhoffte sich weitere Fortschritte bei Genauigkeit und Effizienz und suchte außerdem nach einem starken Partner für die Erschließung weltweiter Absatzmärkte.

Die Wahl fiel auf Siemens Integrated Drive Systems. Neben der weltweiten Präsenz von Siemens überzeugten die Entwickler vor allem Performance und Regelgüte der Antriebssysteme – speziell bei den Einpressvorgängen – genauso wie die einfache Inbetriebnahme auf der Basis eines Engineeringsystems, der schnelle und kompetente Support sowie die Zukunftssicherheit und Erweiterbarkeit der Komponenten. Kaum sechs Monate nach dieser Entscheidung wurde Anfang 2016 die erste komplett mit Siemens-Komponenten ausgerüstete Linie an IFA Rotorion in Haldensleben ausgeliefert. In der Linie, die sich rein äußerlich kaum von den bislang produzierten Linien unterscheidet, sorgen permanentmagneterregte Simotics-1FK7-Servomotoren sowie leistungsfähige Sinamics-S120-Frequenzumrichter für hochpräzise und energieeffiziente Bewegungsabläufe – vom Montieren über die beiden Fügeprozesse bis zur integrierten Qualitätssicherung.

Kompakt und hocheffizient: Auf nur 25 Quadratmeter Stellfläche ermöglicht die vollautomatische Rundtaktlinie die Montage von 4.320 Kreuzgelenken täglich. (Foto: Siemens)

Alle Bewegungsabläufe samt der beiden Fügeprozesse mit je acht koordinierten Achsen werden von einer Simotion-D455-2-PN/DP-Steuerung geregelt. Der Einsatz dieser leistungsfähigen Steuerungstechnik hat seinen guten Grund: Schließlich muss bei der Montage die Vorspannung der äußeren Stahlgabel so aufgebaut werden, dass die beim Einpressen der Lager entstehenden Kräfte von bis zu 25 Kilonewton kompensiert werden, das Gelenk sich entspannt und sich der Widerstand des fertigen Gelenks innerhalb enger Toleranzen bewegt. Die hierfür notwendige Genauigkeit des Biegemaßes erfordert einen absolut exakten Krafteinsatz und somit extrem kurze und taktsynchrone Zykluszeiten bis 0,25 Millisekunden, die derzeit nur Steuerungen wie die Simotion D455-2 PN/DP liefern können. Außerdem ermöglicht diese Steuerung die Protokollierung und Auswertung der Vorgaben und Prozessverläufe zur Qualitätssicherung und Prozessverfolgung. Vor allem bei der Kurvenauswertung war das reibungslose Zusammenspiel aller Antriebs- und Automatisierungskomponenten von Anfang erlebbar.

Ein weiterer Grund, sich für Siemens zu entscheiden, lag für Holz automation in der Möglichkeit, den gesamten Prozess in Eigenregie zu engineeren. Geschäftsführer Jürgen Holz wollte das Engineering des Fügeprozesses, was eine Eigenentwicklung ist, ganz bewusst nicht fremdvergeben. Hier setzten die Maschinenbauer von Anfang an auch auf die Möglichkeiten von TIA-Portal zur Integration und Überwachung jedes einzelnen Prozessschrittes. Das Ergebnis kann sich sehen lassen: Die für IFA Rotorion produzierte Linie vereint den gesamten Prozess von der Aufnahme der angelieferten Werkstücke mittels Robotern über die Montage der Kreuzgelenke, die integrierte Beugemoment- und Rundlaufprüfung sowie die Übertragung dieser Daten an das IT-System des Kunden bis hin zum Lasern der Datamatrix-Codes. Das System kontrolliert jederzeit den Zustand aller Anlagenteile und meldet kritische Abweichungen selbstständig an die Anlagenfahrer – für proaktive Wartung und Reparaturen. Zudem sorgen durchgängig automatische Prozessführung und sauber getrennte Handhabung von Gut- und Schlechtteilen für Prozesssicherheit und weniger Ausschuss. Durch den Einsatz offener Standards und integrierter Diagnose- und Safetyfunktionen ist die gesamte Anlage jederzeit funktionell erweiterbar. Bei Bedarf lassen sich auf der gleichen Plattform angelieferte Werkstücke vor der Montage vermessen oder eine Rundlaufprüfung des fertigen Bauteils durchführen. Somit ist im Prinzip jeder Kundenwunsch erfüllbar. pb