Schweißanlagen automatisiert

Motorstarter mit Mehrwert

Entscheidenden Einfluss auf die Qualität des Endprodukts können moderne Fügemethoden wie das Kunststoffschweißen haben. KVT Bielefeld setzt in ihren Anlagen Heiß-Gas-Schweißen in Zusammenarbeit mit Ausrüster Atlantique Automatisierungstechnik sehr kompakte Motorstarter mit integrierter Messfunktion zur Erhöhung der Anlagenverfügbarkeit ein.

Automatisierte Heiß-Gas-Schweißanlagen zum thermischen Verbinden von Kunststoffteilen. © Siemens

Metallische Bauteile werden vor allem in der Automobilindustrie zunehmend von Hightech-Kunststofflösungen ersetzt. Die Substitution gelingt aufgrund verbesserter Werkstoffe, ausgefeilter Konstruktionen und nicht zuletzt auch dank moderner Verbindungstechnologien. KVT Bielefeld baut verschiedene Typen von Schweißanlagen für die Kunststofftechnik und vertreibt sie weltweit. Allein für das patentierte Heiß-Gas-Schweißen (HGS) werden jährlich etwa zwei Dutzend Maschinen in unterschiedlichen Ausprägungen entwickelt und gebaut. Thomas Eller, Geschäftsführer und Inhaber der Atlantique Automatisierungstechnik berichtet: „Als elektrotechnischer Ausrüster für diese besonderen Kunststoff-Schweißanlagen achten wir auf Qualität, Nachhaltigkeit und Zuverlässigkeit.“

Der Praktiker weiß um den hohen Stellenwert leistungsfähiger, funktionierender und wirtschaftlicher Lösungen, weil er mit seinen 25 Mitarbeitern täglich erlebt, wie anspruchsvoll der Sondermaschinenbau ist. „Wir führen von der Planung über die Verdrahtung bis hin zur Aufstellung, Programmierung, Inbetriebnahme und den weltweiten Service alles durch, was unsere Kunden brauchen; ein solches Leistungsspektrum lässt sich nur mit perfekter Technik und standardisierten Gesamtlösungen realisieren.“

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Die Motorstarter Simatic ET 200SP sind mit 30 Millimeter Breite sehr kompakt und integrieren neben den Schutzeinrichtungen für Überlast und Kurzschluss standardmäßig die Strommessung. © Siemens

Motorstarter mit hoher Funktionsintegration
Thomas Eller hat sich von Beginn an in die Programmierung von Siemens-Komponenten eingearbeitet „Deren Technik ist verständlich aufgebaut und aufeinander abgestimmt, sie funktioniert, ist weltweit verfügbar und wird mit einem guten Service untermauert.“ Bestätigung findet er unter anderem bei einem aktuellen Projekt zur Ausrüstung einer Heiß-Gas-Schweißanlage, bei dem er zum ersten Mal die kompakten Motorstarter Simatic ET 200SP einsetzt. Die Anlage ist ähnlich aufgebaut wie eine Presse mit Oberwerkzeug und Unterwerkzeug; dazwischen befindet sich das Heizelement mit einer Vielzahl an Düsen zum Ausströmen von Heiß-Gas. Zwei vertikale und eine horizontale Servoachse sorgen für Bewegung in der Anlage, so dass die Werkstücke innerhalb der Zykluszeit von 30 bis 60 Sekunden – abhängig von Werkstückgröße und -geometrie – präzise und langzeitstabil gefügt werden können.

Sechs Motorstarter ET 200SP sorgen in der Anlage für die Antriebssteuerung von drei Vakuumpumpen (0,55 Kilowatt) und drei Absauglüftern (0,25 Kilowatt). Damit lösen sie die bisherige Lösung mit Schützen und Schutzschaltern ab, die in den Kunststoff-Schweißanlagen aus wirtschaftlichen Erwägungen lange Zeit genutzt wurden waren. Durch die praxisorientierte Analyse, in Verbindung mit der systemtechnischen Betrachtung beider Lösungen, hat Thomas Eller allerdings eine klare Erkenntnis gewonnen: „Ab dem vierten Motorstarter rechnet sich der höhere Preis dieser Lösung mit erhöhter Funktionsintegration.“

Thomas Eller sieht in Schaltgeräten mit hoher Funktionsintegration unter anderem Vorteile hinsichtlich Engineering, Beschaffung, Inbetriebnahme und Service. © Siemens

Neben der Platzeinsparung durch die kompakten Motorstarter spürt er die positiven Auswirkungen im gesamten Engineering-Prozess – von der Konstruktion über den Bestellprozess bis zur Installation, Inbetriebnahme und beim Service. Ein spezielles Detail ist für ihn allerdings besonders markant, nämlich die integrierte Strommessung. Denn mit den Motorstartern ist eine Stromfensterüberwachung möglich, so dass sich ohne Zusatzaufwand eine vorbeugende Instandhaltung bzw. eine zustandsorientierte Instandhaltung realisieren lässt. Diese hatte zwar das Vorgängertyp ET200S High Feature ebenfalls, allerdings bei erheblich größeren Geräteabmessungen und 55 Millimeter Breite. Nun gibt es diese Strommessfunktion bei den Motorstartern integriert in der aktuellen Gehäusebreite von 30 Millimeter. Dank Strommessung in jeder einzelnen Phase lässt sich sofort erkennen, wenn bei den Vakuumpumpen oder Absauglüftern Probleme auftreten; der Betreiber kann also reagieren bevor es zu einer Schutzabschaltung der Anlage kommt und er weiß sofort, wenn ein Druckschalter in einer Vakuumpumpe ausgelöst hat, wo also Handlungsbedarf besteht.

Dezentrale Peripherie
Ein gleichermaßen großer Vorteil sei die einfache Integration der Motorstarter in das Gesamtkonzept der Anlage. Sie lassen sich über Profinet ohne großen Aufwand in die Steuerungstopologie des TIA-Portals von Siemens integrieren. Ergänzt wird eine solche dezentrale Peripherie mit entsprechenden Ein- und Ausgangskarten. Bisweilen finden sich mehr als einhundert Sensoren in den Werkzeugen einer solchen Anlage, die steuerungstechnisch erfasst und ausgewertet werden müssen.

In der dezentralen Peripherie lassen sich Motorstarter und E/A-Einheiten (Standard und fehlersicher) individuell kombinieren und über Profinet in die Steuerungstopologie einbinden. © Siemens

Auch fehlersichere Signale lassen sich in der F-Steuerung verarbeiten und über die dezentrale Peripherie Simatic ET 200SP lassen sich die Failsafe Motorstarter bis SIL3 nach IEC 62061 und PLe nach ISO 13849-1 abschalten. So werden die Nothalt-Taster sowie die Schutztür-Zuhaltungen direkt auf die entsprechenden Eingangskarten gelegt. Kein Problem mit TIA-Portal und der ausreichenden Anzahl an E/A-Karten, denn die entsprechenden Statusmeldungen lassen sich in Klartext am eingesetzten HMI Simatic KTP 900F darstellen. „Bei uns bekommt jeder Sensor anhand einer logischen Beschreibung eine eindeutige Zuordnung und die Statusmeldungen dazu lassen sich sogar in der Landessprache ausgeben“, erklärt der Atlantique Firmenchef. „Damit weiß der Betreiber im Störfall sofort Bescheid, was zu tun ist.“

Dieses Beispiel zeigt, wie sich im Einzelfall der Umstieg von rein Schütz-basierten Motorabzweigen auf die neuen Motorstarter lohnt. Der Engineering- sowie der Dokumentationsaufwand erweise sich als deutlich geringer und selbst bei Verdrahtungsaufwand werde erheblich gesenkt und die Flexibilität erhöht: Durch den Weiteinstellbereich des Stroms genügt in vielen Fällen eine Baugröße für sämtliche Anwendungen: Thomas Eller: „Wir arbeiten mit einer Baugröße, die wir als Standard definiert und stets am Lager haben.“ Davon profitiert auch der Einkauf, der eine deutliche Vereinfachung spürt. In der Vergangenheit kam es schon mal vor, dass mehrere Sendungen für einen Motorabzweig nicht zeitgleich eintrafen und damit die Weiterverarbeitung erschwert wurde, so seine Erfahrung. Und durch weniger Verpackungsaufwand und eine effiziente Gesamtlogistik lassen sich nicht zuletzt auch Ressourcen sparen, was wiederum der Umwelt zugutekommt.

Systemdurchgängigkeit als Wettbewerbsvorteil
„Wir setzen sämtliche Automatisierungskomponenten von Siemens ein, um den Systemgedanken durchgängig nutzen zu können“, fasst Thomas Eller zusammen. Neben der kompletten Schaltgerätetechnik gehören die Frequenzumrichter Sinamics S120 für die Servoachsen sowie die fehlersichere Steuerung Simatic S7-1500F dazu. Die SPS-Steuerung übernimmt nicht nur sämtliche Anlagenfunktionen, sondern kann aufgrund ihrer Leistungsfähigkeit auch die Heizungen des Heizelementes regeln.

Im Zuge der Systemdurchgängigkeit setzt die Atlantique Automatisierungstechnik komplett auf die Automatisierungslösungen von Siemens – inklusive der Befehls- und Meldegeräte Sirius Act. © Siemens

In der beschriebenen Anlage sind zwölf Heizkreise mit 84 Kilowatt Gesamtleistung integriert. Jeder Heizkreis wird im Millisekunden-Bereich über einen Halbleiterschütz Sirius 3RF2 gesteuert. Auf diese Weise genügen die Grundgeräte, zusätzliche Heizungsregler werden eingespart. Die sichere Abschaltung der Heizkreise übernehmen vier Schütze Sirius 3RT2, die jeweils drei Heizkreise bündeln. Es ist wichtig, sämtliche Schutzorgane gleichermaßen einfach in die Systemtopologie zu integrieren.

Systemdenken zahlt sich aus
Auch die Befehls- und Meldegeräte wurden aus dem Sirius Act Programm (Sirius 3SU1) von Siemens gewählt, der Lasttrennschalter Sirus 3LD2 als Hauptschalter an der Heiß-Gas-Schweißanlage. Thomas Eller: „Man kann den Standard nicht ständig ändern, deshalb ist es wichtig, dass alles perfekt aufeinander abgestimmt ist und höchstmöglichen Investitionsschutz bietet.“ Der Alltag gibt ihm Recht wie er bestätigt: „Wir müssen bei vielen Bestellvorgängen nur einen Warenkorb füllen, sparen über vorgefertigte Stücklisten viel Zeit und lösen die gesamte Bestellung mit nur einem Mausklick aus.“ Auf diese Weise lasse sich selbst ein komplexer Schaltschrank innerhalb von 30 bis 60 Minuten bestellen, was bei mehreren Lieferanten mindestens fünfmal so lange dauern könne. Es senkt den administrativen Aufwand, wenn man produktiver bestellt.

Mit dem erstmaligen Einsatz der Motorstarter Simatic ET 200SP in einer Heiß-Gas-Schweißanlage wurde ein Schritt zur weiteren Optimierung des gesamten Engineering-Prozesses und der weiteren Vereinheitlichung der Automatisierung vollzogen. Diese Geräte seien die Basis für überschaubare, kompakte sowie flexible Automatisierungslösungen, die den gesamten Engineering- und Beschaffungsprozess vereinfachen und sich einfach in die digitale Steuerungsarchitektur integrieren – und damit deutlichen Mehrwert gegenüber konventionellen Abzweiglösungen bieten.

Der Beitrag basiert auf einem Manuskript von Jürgen Werning und Thomas Steiner.

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