Dienstleistung und Zulieferung

Kunststoff-Galvanik automatisieren

Funk statt Kabel für mehr Sicherheit
Die fehlersichere Simatic Steuerung (oben) und Profisafe-Baugruppen (unten) im abgesetzten Schaltschrank; unten die Anbindung der vier IWLAN Access Points an den Switch.
Wenn es darum geht, in der Galvanisierung von Kunststoffteilen die Produktivität und die Qualität gleichermaßen zu erhöhen, braucht es innovative Ideen und den Willen, technologisches Neuland zu betreten. Eine davon ist der Einsatz von Funktechnologien, um den wartungsintensiven Betrieb von Schleppkabeln an der Hängebahn zu eliminieren.

Steigende Nachfrage und ebenso steigende Kundenansprüche und neue Wünsche – dem begegnet die BIA Kunststoff- und Galvanotechnik in Solingen mit kontinuierlichen Innovationen in der Produktionstechnik. Das mittelständische Familienunternehmen hat mit seinem patentierten Nachtdesign für hinterleuchtbare verchromte Bauteile neue Einsatzbereiche für die Galvanik erschlossen und setzt verstärkt auf moderne Automatisierungs- und Logistiklösungen.

Gemeinsam mit dem Automatisierer Aucos Elektronische Geräte aus Aachen hatte BIA Ende 2007 eine neue Fertigungslinie geplant, aufgebaut und in Betrieb genommen. Das Besondere daran: Die Hängebahnstrecken über den Galvanikbecken werden nicht wie üblich über Schleppkabel oder Panzerketten versorgt, die Kommunikation mit dem Leitsystem geschieht drahtlos. Dabei wird zugleich der Betriebssicherheit Rechnung getragen, denn sämtliche sicherheitsgerichteten Informationen und Steuerungsdaten laufen über ein Medium bzw. den „Schwarzen Kanal“ – kurz Profisafe – über Industrial Wireless Lan (IWLAN).

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Die Automatisierungstechnik dafür stammt von Siemens, auch die Rapid-Roaming-fähigen Access Points der Baureihe Scalance und RCoax-Leckwellenleiter, die für ein kontrolliertes Funkfeld entlang der Fahrstrecken sorgen. „Wir hatten schon lange darüber diskutiert, wie wir das leidige Thema der Schleppkabel lösen könnten“, so der Geschäftsführer des Solinger Unternehmens, Jörg Püttbach. „Die Kabel fangen Schmutzpartikel und Staubteilchen ein, die dann irgendwann in den Becken landen, und sie werden durch die immer höheren Geschwindigkeiten der Transportwagen heute mechanisch stärker belastet. Aderbrüche und Produktionsausfälle sind damit auch bei vorbeugender Instandhaltung letztlich nicht vermeidbar.“

Die Lösung liegt in der Luft

Die Überlegungen gingen dahin, die Schleppkabel für die neue Anlage mit einer funkgestützten und berührungslosen Technik zu ersetzen. Diese sollte industrietauglich sein – und im Gegensatz zu Wlan-Anwendungen in der Bürowelt – auch den zyklischen und zeitkritischen Datenverkehr bei berechenbaren Übertragungsraten gewährleisten, was nicht zuletzt für gesicherte Not-Aus-Schaltungen unerlässlich ist. Profisafe über IWLAN und Profinet versprach, diese Anforderungen zu erfüllen.

In der galvanischen Industrie war diese Kombination anscheinend noch nie eingesetzt worden. Die Herausforderung bestand darin, das neue Konzept mit deutlichen Vorteilen hinsichtlich der Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit umzusetzen, ohne bei der Sicherheit Kompromisse einzugehen. Dies hieß vor allem, gut abgestimmte Systemkomponenten mit hoher Leistung in der Datenübertragung zu finden, um die Standard- und sicherheitsgerichtete Kommunikation entlang der Hängebahnstrecken zu gewährleisten.

Entschieden hat man sich die fehlersichere Steuerung Simatic S7-300 mit CPU 317F PN/DP und Profinet-Systemanbindung an das Leitsystem von Aucos. Die Steuerung ist mit einem Switch vom Typ Scalance X208 verbunden, der über acht elektrische Ports verfügt und mit vier im Feld verteilten Access Points Scalance W788-2 RR kommuniziert. Diese errichten ihr Funknetz nicht wie sonst üblich ungerichtet im freien Raum, sondern nutzen spezielle RCoax-Leckwellenleiter, die entlang der vier Fahrstrecken eine plan- und kontrollierbare, gleichmäßige Feldstärke aufbauen.

Gegenstück ist in jedem Wagen der Hängebahn eine direktionale Sende- und Empfangsantenne 792-4DN, die nahe am RCoax-Leiter entlang geführt wird und so gute Kommunikationsbedingungen schafft. Im Schaltkasten des Fahrzeugs ist die Antenne jeweils mit einem IWLAN PB-Link PN I/O verbunden, der die Profibus- und Safety-Signale weiterleitet. Die fehlersicheren Signalmodule, Motorstarter und Frequenzumrichter der Hängebahnwagen stammen aus dem dezentralen Peripheriesystem Simatic ET200S das sich laut Hersteller durch platzsparende Bauweise auszeichnet.

Sicher mit iPCF…

Trotz Automatisierungstechnik erfordert die Kunststoffgalvanisierung immer noch viele manuelle Eingriffe in den Prozessablauf, angefangen vom Aufsetzen der Teile auf die Trägerelemente bis hin zu den regelmäßigen Kontrollen der unterschiedlichen Bäder. Deshalb gibt es an den Linien auch keine Absperrgitter. Um dennoch die Sicherheit der Bediener zu gewährleisten, kommt es nicht nur auf die Zuverlässigkeit der an der Profisafe-Kommunikation beteiligten Komponenten an, sondern auch auf eine klare Priorisierung der Safety-Signale. „Die Access Points hatten trotz der zum Teil korrosiven Dämpfe in der Anlage noch keinerlei Ausfälle, auch wenn wir natürlich noch über keine aussagekräftige Langzeiterfahrung verfügen“, bestätigt Alexander Zabel, Leiter der Instandhaltung bei BIA. Garant für die hohe Robustheit – und Voraussetzung für den schaltschranklosen Einsatz in derart rauer Umgebung – ist die Ausführung der Gehäuse in Schutzart IP65.

Darüber hinaus beherrschen die Geräte das Rapid Roaming: Bei fester Installation können sie die freie Bewegung mehrerer Teilnehmer im Funknetz unterstützen und diese nahtlos von einem zum anderen Access Point weiterreichen. Die bei BIA realisierte mobile Installation nutzt das Rapid Roaming, um die hohe Geschwindigkeit der Signalübertragung von und zu den Transportwagen mit dem erweiterten iPCF-Protokoll sicherzustellen. Damit werden die sicherheitsrelevanten Daten mit 16 Millisekunden Zykluszeit zur Steuerung übertragen. Das ermöglicht berechenbare Reaktionszeiten deutlich unter 100 Millisekunden – selbst für zeitkritische Not-Aus-Entscheidungen mehr als ausreichend – und bietet andererseits gute Möglichkeiten, Prozesszeiten bei Bedarf präzise zu steuern.

…und störungsfrei

Sicherheit aus einer ganz anderen Perspektive bringt der spezielle Leckwellenleiter RCoax ins Spiel. Aucos hat ihn in etwa 50 meter langen Strängen parallel zu den Hängebahnen installiert. Er sorgt dafür, dass die Feldstärke entlang der Linie ausreichende Zuverlässigkeit gewährleistet. Das Funkfeld wird gerichtet abgestrahlt und bietet deshalb auch mit erheblich geringerer Feldstärke gute Empfangsbedingungen. Dadurch verringert sich die EMV-Belastung signifikant – und schon im Abstand weniger Meter ist das Funknetz für externe Nutzer kaum noch erfassbar. Abgesehen davon hat der Automatisierer den Zugang durch fortschrittliche Verschlüsselungsalgorithmen gegen unautorisierte Zugriffe gesichert.

Außerdem wurden alle Systemkomponenten und ihr Zusammenspiel vorab ausführlich getestet, um Zuverlässigkeit, Sicherheit und Leistungsfähigkeit vor dem Einbau sicherzustellen. So wurde unter Einsatz der Software Sinema E die Funknetzbedingungen in der Fertigung realitätsnah simuliert und diese Daten bei der Auslegung berücksichtigt. In diesem Zusammenhang fiel auch die Entscheidung, die Anwendung im 5-GHz-Band zu betreiben, um Störeinflüsse zu vermeiden, wie sie drahtlose Sensorik, Bluetooth- oder sonstige Geräte verursachen könnten, die im gängigeren Bereich von 2,4 GHz betrieben werden. Die Scalance-Komponenten beherrschen von Haus aus beide Frequenzen.

Innovation zahlt sich aus

Jörg Püttbach ist mit der Lösung zufrieden. Neue Systeme sollen künftig immer mit IWLAN ausgerüstet werden. „Die Technik ist dem wartungsanfälligen Schleppkabel weit überlegen. So verbessert beispielsweise die Vermeidung der Geräuschentwicklung die Arbeitssituation der Mitarbeiter erheblich. Zusätzlich werden eine bessere Sicht in die Anlage, sowie nahezu unbegrenzte Fahrwege der Transportwagen erreicht. Und wenngleich sich der Nutzen dieser Investition noch nicht genau quantifizieren lässt, kann ein ungeplanter Anlagenstillstand abhängig von den gefertigten Teilen leicht mehrere Tausend Euro kosten – ganz zu schweigen vom möglichen Verlust der Kundenzufriedenheit, wenn wir dann in Lieferverzug geraten.“

Auch unter Berücksichtigung der in den letzten Jahren vervielfachten Geschwindigkeit der Transportwagen auf 120 m/min. und den damit einhergehenden stark erhöhten Anforderungen an die Schleppkabel scheint die drahtlose Kommunikation eine günstige Alternative zu sein. Das gilt speziell dort, wo es um knapp kalkulierte Massenproduktion oder Just-in-Time-Fertigung geht.

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