Intelligenz trifft Effizienz

Optimierter Energiebedarf, höhere Bearbeitungsgeschwindigkeiten und Variantenvielfalt: Die Anforderungen automatisierter industrieller Prozesse an die Handhabung steigen. Gefragt sind einerseits effiziente Produkte, andererseits muss auch die Effizienz im Prozess gesteigert werden, etwa durch eine Energieüberwachung und vorausschauende Wartung.

04. Oktober 2013

Bei automatisierten Handhabungsaufgaben sind die Prozessanforderungen in den letzten Jahren in allen Bereichen deutlich gestiegen. Ein gutes Beispiel ist hier die Automobilindustrie: Sicherheit, Schnelligkeit und Effizienz sind erforderlich, damit Produktionsprozesse reibungslos ablaufen. Die Anforderung an einen optimierten Energiebedarf in der Produktion steigt.

„Sowohl das Produkt als auch der Prozess an sich müssen dazu beitragen, die Produktionseffizienz zu steigern“, so Walter Dunkmann, Leiter Geschäftsentwicklung Vakuum-Komponenten. Auch die Bearbeitungsgeschwindigkeit in den Pressenanlagen hat deutlich zugenommen. Die Leistungsfähigkeit von Servopressen, bei denen Bauteile mittels Vakuum gehandhabt werden, liegt – abhängig von Pressentyp und Komplexität des Bauteils – aktuell bei bis zu 20 Hüben pro Minute, Tendenz steigend. Erforderlich ist deswegen auch eine bessere Performance von Sauggreifern.

Ein Beispiel für Produkteffizienz ist die speziell für die Prozessanforderungen in der Automobilindustrie entwickelte Vakuum-Sauggreifer-Baureihe SAXM. Sie verfügt über einen großen Hub, der optimale Anpassung an komplex konturierte Werkstücke ermöglicht. Darüber hinaus bietet die Saugergeometrie sämtliche Vorteile, die eine hochdynamische Handhabung von Blechen ermöglicht: Minimale Ansaugzeiten, hohe Eigenstabilität im angesaugten Zustand und Aufnahme extremer Halte- und Querkräfte, speziell auf geölten Oberflächen.

Werden Türen, Kotflügel, Front- oder Heckschürzen aus der Presse entnommen, ist aufgrund von Störkanten oder Aussparungen nur eine begrenzte Platzierung der Sauggreifer auf dem Werkstück möglich.

Hier bringt der SAXM doppelte Vorteile: Im Vergleich zu gängigen Flachsauggreifern hat der SAXM einen zweifach höheren Hub und passt sich dadurch deutlich besser an dreidimensionale Werkstückkonturen an.

Zusätzlich lässt sich der SAXM – bedingt durch die sehr hohe Querkraftaufnahme bei vergleichsweise geringem Saugerdurchmesser – bei begrenzter Auflagefläche flexibler auf dem konturierten Blech positionieren, als herkömmliche Metallsauggreifer mit größeren Durchmesser.

Unter konzentriertem Ozoneinfluss, zum Beispiel beim Schweißen im Karosseriebau, können Sauggreifer mit der Zeit spröde werden. Kommen Sauggreifer mit aggressiven Ziehölen in Kontakt, wie sie beim Umformprozess in Pressen eingesetzt werden, können sie aufquellen. Beides kann zur Leckage im Vakuumsystem und damit zu steigenden Energiekosten führen – schlimmstenfalls sogar zu Systemausfall und Anlagenstillstand.

Die SAXM sind aus dem neuartigen Werkstoff Elastodur gefertigt, der weder durch Ozon noch durch Ziehöle negativ beeinflusst wird. Weitere Vorteile ergeben sich aus der werkstoffbedingten langen Lebensdauer: Durch den geringen Verschleiß erhöht sich nicht nur die Anlagenverfügbarkeit, der Anwender profitiert auch von geringeren Beschaffungskosten sowie Kosteneinsparungen: Die höhere Lebensdauer bedingt weniger Stillstandzeiten, in denen alte Sauggreifer demontiert und neue montiert werden müssen.

Die Sauggreifer SAXM sind vollständig recyclebar und darüber hinaus als Modulsauggreifer konzipiert. Das heißt, im Bedarfsfall lassen sich einzelne Sauggreiferbestandteile, wie Elastomerteil, Reib- und Anbindungselemente schnell austauschen, mit geringen Kosten wiederbeschaffen und 100% sortenrein dem Recycling zuführen.

„Neben einer optimierten Produkteffizienz steigen auch die Anforderungen, die Prozesse selbst wirkungsvoller zu gestalten, ungewollte Ausfallzeiten zu vermeiden und Wartungszeiten zur Instandhaltung zu reduzieren“, so Walter Dunkmann. Ein Höchstmaß an Prozesseffizienz werde durch eine wirkungsvolle Zustandsüberwachung (Condition Monitoring), Energieüberwachung (Energy Monitoring) und vorausschauende Wartung (Predictive Maintenance) realisiert.

Für mehr Prozesstransparenz stattet Schmalz schrittweise alle Kompaktejektoren mit Funktionen zur Energie- und Prozesskontrolle aus, so auch: die Baureihe SXPi/SXMPi. Mit diesen effizienten Vakuum-Erzeugern lassen sich der Energieverbrauch minimieren und gleichzeitig die Anlagenverfügbarkeit und Performance erhöhen.

Um die Energieeffizienz in automatisierten Handhabungsprozessen gezielt zu verbessern ist es erforderlich, den effektiven Druckluftverbrauch sowie den Energiebedarf für den Greif- und Handhabungsprozess einzelner Vakuumsysteme innerhalb einer Anlage bzw. einer Greifereinheit ermitteln und auswerten zu können. Die Ejektor-Modelle SXPi-PC und SXMPi-PC wurden mit der sogenannten Energie- und Prozesskontrolle ausgerüstet.

Die Technologie basiert auf drei Funktionsmodulen:

Für maximale Prozesstransparenz und Energieverbrauchskontrolle sorgen die Diagnosefunktionen von Energy Monitoring und Condition Monitoring, für eine gesteigerte Performance und Qualität der Greifsysteme das Predictive Maintenance. Dazu überwachen die Funktionsmodule alle energie- und performancerelevanten Prozessparameter. Über die IO-Link-Schnittstelle der Ejektoren kann der Anwender die Daten jeden Gerätes zentral an der Hauptsteuerung seiner Anlage auslesen. Zudem führt diese Kommunikationsschnittstelle dazu, dass – auf die Produktebene heruntergebrochen – die Komponente von der Steuerung/Anlage parametriert wird und nicht wie bisher die Komponenten einer Anlage einzeln für den Prozess eingestellt werden müssen, die Komponenten können „Plug&Play“ getauscht und eingesetzt werden und sind optimal für die jeweilige Aufgabe parametriert.

Mit der Energy Monitoring-Funktion lässt sich die Energieverteilung innerhalb der Anlage bis hinunter zur einzelnen Komponente analysieren: Durch einen in den Ejektor integrierten Drucksensor kann der Anwender den Energieverbrauch im Prozess auswerten und Trends über einen definierten Zeitraum messen, beispielsweise den Energieverbrauch pro Bauteil, pro Handhabungszyklus oder pro Schicht. Im laufenden Betrieb erfasst dieses Modul den tatsächlichen Energieverbrauch, erkennt eine Veränderung und meldet diese an die Anlagensteuerung. Dank Energy Monitoring kann der Anwender also konkrete, qualitative Aussagen zum Energieverbrauch und zu Veränderungen an der Anlage treffen. Steigt der Energieverbrauch unverhältnismäßig stark an, kann er sofort reagieren. Im Umkehrschluss ermöglicht diese Funktion die Optimierung des Energiebedarfes durch den Anlagenbetreiber.

Mittels Condition Monitoring werden Fehler oder Unregelmäßigkeiten im Handhabungssystem frühzeitig erkannt und geortet. Dadurch hat der Anwender die Möglichkeit, Instandhaltungsmaßnahmen bedarfsgerecht zu planen und Maschinenstillstandzeiten zu verhindern. Mit diesem Modul erkennt der Anwender die Dichtheit des Vakuum-Systems im Betrieb sowie den Betriebsdruck. Es überwacht kontinuierlich den Zustand im laufenden Prozess: Kommt es im System zu einer Undichtigkeit oder fällt der Druck, wird dieses am Ejektor angezeigt und der Anlagensteuerung mitgeteilt. Das Condition Monitoring überwacht zudem, wie häufig die Ventile schalten. Ist die Regelfrequenz zu hoch, sorgt das Modul dafür, dass die Luftsparregelung des Vakuum-Erzeugers kurzzeitig abgeschaltet wird. Dadurch wird jederzeit ein stabiler Prozess gewährleistet. Auf diesem Funktionsmodul basierend lassen sich auch bedarfsgerecht entsprechende Maßnahmen wie ein Werkzeugwechsel durchführen, um so die Energieeffizienz der Anlage zu erhöhen und Prozesskosten zu minimieren.

Die Predictive Maintenance-Funktion ermittelt den Zustand des Vakuum-Greifsystems und ermöglicht es, die Performance und Qualität verschiedener Greifsysteme miteinander zu vergleichen, z. B. bei einem Wechsel von Bauteilen im Produktionsprozess. Dazu werden der Strömungswiderstand und die Dichtheit des jeweiligen Greifers gemessen. Damit hat der Anlagenbetreiber die Möglichkeit, den Greifer so auszulegen, dass der Vakuum-Aufbau optimal, d.h. schnell und prozesssicher abläuft. So lässt sich die beste Performance im Vakuumsystem ermitteln und überwachen. Beispielsweise lassen sich bei Anlageninbetriebnahme die optimalen Betriebswerte ermitteln und speichern. Verschlechtert sich die Performance durch das Vakuumsystem im Laufe der Zeit, sind die Ursachen einwandfrei ermittelbar und die Ausgangsleistung lässt sich schnell und zielgerichtet wieder herstellen.

Intelligenz trifft Effizienz bedeutet, dass in das Produkt integrierte Funktionen zu einer effizienteren Produktion beitragen wie zur Reduzierung von Stillstandzeiten in der Pressenlinie durch Zustandsüberwachung und vorbeugende Wartung. «Erst das Zusammenspiel von effizienten Produkten sowie Prozesstransparenz als Ausgangspunkt für die Prozessoptimierung heben das gesamte Einsparpotential im Produktionsprozess», resümiert Dunkmann.