Bearbeitungszentren

Andreas Mühlbauer,

Schweizer Präzision mit IO-Link

Über IO-Link ermöglicht ein Maschinenbauer die Kommunikation der gesamten Komponenten eines neuen Bearbeitungszentrums untereinander und mit der Außenwelt. Die Folgen sind unter anderem leichtere Bedienung und Wartung sowie geringere Kosten. Von Wolfgang Zosel

Das Hochleistungs-Fräszentrum Mill P 500 U. © GF Machining Solutions

Der Schweizer Hersteller GF Machining Solutions stattet seine 5-Achs-Hochleistungs-Bearbeitungszentren Mikron Mill P 500 U durchgängig mit der vielseitigen Kommunikationsschnittstelle IO-Link aus. Anwender profitieren künftig vom einfacheren Handling sowie von einer bislang nie dagewesenen Verfügbarkeit von Prozessdaten für Parametrierungs-, Diagnose- und Servicezwecke. IO-Link verkürzt die Installations- und Inbetriebnahmephase und macht individuelle Kundenwünsche bei Zuführungen und Werkzeugverwaltung leichter erfüllbar. Als veritable Push-Technologie für digitalisierte und vernetzte Anlagenkonzepte ist IO-Link bei GF Machining Solutions gesetzt.

8-fach-ProfiNet/IO-Link-Master und IO-Link-Sensor-Aktorhub von Balluff (rechts). Die Montage der Kabel erfolgt ohne Werkzeug per Plug & Play. © Balluff

Stefan Fahrni, Milling Product Manager, sagt: „Mit Genauigkeiten von Mikrometer erfüllen wir Wünsche nach höchster Präzision und gleichbleibend hoher Qualität. Um Thermofestigkeit sicherzustellen, ist das Maschinenbett aus einem besonders robusten Mineralguss gefertigt. Mit wassergekühlten Komponenten schließen wir aus, dass sich Wärmequellen nachteilig auf das Kundenprodukt auswirken.“ Die GF Machining Solutions zählende Mikron Agie Charmilles mit Sitz in Nidau bei Biel ist ein weltweit tätiger Hersteller von Maschinen, Automatisierungslösungen für den Formen- und Werkzeugbau sowie für die Fertigung von Präzisionsteilen. Die neue Mill P 500 U ist ein 5-Achs-Hochleistungs-Fräszentrum, das eine Vielzahl mechanischer Teile, Komponenten für Triebwerke und Flugzeugdüsen sowie Urformen zur Herstellung von Präzisionsteilen für die Automobil- und Haushaltsgeräteindustrie bearbeiten kann. Im Kern besteht die Maschine aus einem Grundmodul, das von oben oder von vorne beladen wird. Je nach Kundenwunsch kommen teil- oder vollautomatisierte Zuführeinrichtungen sowie unterschiedlich dimensionierte Werkzeugmagazine hinzu. „Unsere Kunden arbeiten häufig mit teuren, hochwertigen Materialien. Prozessstabilität und gleichbleibend hohe Qualität sind somit auch Kostenfaktoren“, betont Fahrni.

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Erste Ansätze zur Entwicklung der Mill P 500 U reichen einige Jahre zurück. Im Fokus stand die Frage, welche Anforderungen Kunden morgen stellen werden. „Neben reinen Positionswerten bieten intelligente Sensoren heute eine Vielzahl an Prozessdaten vom Ort des Geschehens. Wie lassen sich diese unkompliziert und effizient zur Prozessoptimierung nutzen? Was ändert sich damit in Bezug auf das Anlagenhandling? Welchen Nutzen hat der Kunde, was verändert sich für uns als Hersteller?“, fasst Konrad Meier, Leiter der Elektrokonstruktion, die grundlegenden Fragestellungen zusammen.

Kommunikation mit unterschiedlichsten Komponenten

So rief das Unternehmen im Jahr 2014 das Projekt „Integral Connectivity 4“ ins Leben. GF Machining Solutions verfolgte damit das Ziel, künftig mehr funktionale Sicherheit in der Steuerung, modulare Elektrokonzepte mit dezentraler Anbindung der Peripherie sowie eine einfache, durchgängige Kommunikationslösung zwischen Leit- und Sensor-Aktor-Ebene zu realisieren. Keine aufwändige Multipol-Verdrahtung mehr, der Installations-, Montage- und Wartungsaufwand sollte reduziert und die Diagnosefähigkeit erhöht werden.

Vielseitige, frei und einfach programmierbare IO-Link-Signalleuchte SmartLight von Balluff. © Balluff

„Im Frühjahr 2014 hatten wir Gelegenheit, den damals bei GF Machining Solutions noch kaum bekannten Kommunikationsstandard IO-Link zu präsentieren. Dabei erkannten zwei Ingenieure rasch, dass die bidirektionale Schnittstelle Antworten auf eine Vielzahl von Fragen liefern würde. Kurz darauf erhielten wir den Auftrag, gemeinsam mit GF Machining Solutions ein integriertes IO-Link-Konzept für die geplante Mill P 500 U zu entwickeln“, erinnert sich Thomas Zumbrunn, Vertriebsingenieur bei der Schweizer Balluff-Niederlassung. Als weltweiter IO-Standard ermöglicht IO-Link den unkomplizierten Datenaustausch zwischen Sensor-Aktor- sowie Master-Steuerungsebene  – ausschließlich über ein gewöhnliches Dreidraht-Standardkabel und M12-Stecker. Die leistungsfähige Punkt-zu-Punkt-Verbindung ist kein Feldbus, sondern eine konsequente Weiterentwicklung der bisherigen Anschlusstechnik für Sensoren und Aktoren.

Neben umfangreicher Sensorik zur Lage- und Objekterkennung, Ventilinseln und Drucksensoren am Rundschwenktisch einschließlich einer RFID-gestützten Werkzeugverwaltung sind in der Maschine mit ihren unterschiedlichen Zuführungseinrichtungen Dutzende von Signalen zu organisieren. Via Profinet-IO-Link-Mastern steht IO-Link mit den in der Anlage agierenden Siemens- und Heidenhain-Steuerungen in Verbindung. „Von der Konzeptions- über die Installations- bis zur Inbetriebnahmephase bietet IO-Link eine bislang nicht gekannte Vereinfachung durch Standardisierung. Nachhaltig wirkt sich der Einsatz von IO-Link für unsere Kunden aus: Die können nun zentral parametrieren, transparent diagnostizieren und erstmals auf einfache Weise vorausschauende Wartungskonzepte umsetzen“, sagt Fahrni.

Installation mit IO-Link bedeutet fehlerfrei stecken anstatt zu verdrahten. Geschirmte Sonderkabel und teure Steckkarten sind passé, Kabelschlepps erfahren eine drastische Verschlankungskur, Anlagen mit IO-Link garantieren eine hohe EMV-Stabilität. Der vielseitige Kommunikationsstandard spart Platz im Feld wie im Schaltschrank, reduziert nicht selten den Footprint und kreiert eine völlig neue Kabelordnung. Vor allem spart IO-Link Zeit und damit Geld. Über den gesamten Lebenszyklus einer Anlage hinweg gestaltet IO-Link Prozesse einfacher und transparenter. Der nicht proprietäre Standard lässt völlige Freiheit bei der Komponentenwahl. Insbesondere bei der kundenspezifischen Peripherie kann GF Machining Solutions bei der Komponentenauswahl nahezu jeden Kundenwunsch erfüllen.

Sensoren zentral parametrieren und überwachen

Seine Stärken offenbart IO-Link beim Kundeneinsatz: Über eine einfach handhabbare zentrale Rezepteverwaltung können Bediener von der Master- oder Steuerungsebene aus ganze Sensorgruppen in Sekundenschnelle neu parametrieren. Auch der Schwellwert eines Drucksensors wird nicht mehr am Gerät, sondern zentral über den Master oder von der HMI aus eingestellt. Der Tausch eines defekten Sensors zieht keinen lang anhaltenden Anlagenstillstand mehr nach sich: Wenige Sekunden nach Stecken des Kabels erhält das Device seine relevanten Werte von zentraler Stelle und erfüllt anschließend wieder die ihm zugedachte Aufgabe.

Intelligente Sensoren sind in der Lage, eine Fülle an Parameter- und Zustandsdaten in Echtzeit zu übermitteln und so ein umfassendes Bild vom Stand der Dinge auf Prozessebene zu zeichnen. Das eröffnet neue Diagnose- und Predictive-Maintenance-Ansätze: Das mit einem RFID-Chip ausgestattete Fräswerkzeug übermittelt seine spezifischen Produkt- und Einsatzdaten an die Steuerung und kündigt rechtzeitig einen Nachschleiftermin an. Bei verschmutzter optischer Linse teilt ein Optosensor Leistungseinbußen mit und fordert selbstständig Abhilfe. Ein Antrieb weist auf eine Überhitzung hin. Service- und Wartungseinsätze sind, stets unter Erfüllung der vom Betreiber auferlegten Sicherheitsvorgaben, bis auf Sensor-Aktor-Ebene hinab per Fernzugriff möglich.

Zum IO-Link-Ausstattungsportfolio der Mill P 500 U zählt auch die SmartLight von Balluff. Die IO-Link-Signalleuchte ist frei programmierbar, wahlweise lassen sich Segment-, Level-, Lauflicht- und Fleximodi mit einem breiten Farbspektrum darstellen. „Damit können wir alle denkbaren Zustandsanzeigen, Warnbotschaften oder Handlungsaufforderungen auf einfache Weise darstellen. Vor allem müssen wir nun nur noch einen einzigen, universell einsetzbaren Leuchtentyp bevorraten“, sagt Meier.

Mit dem Einsatz von IO-Link haben GF Machining Solutions und Balluff gezeigt, dass eine einfache Technik einen im Kern hochgradig präzisen und zuverlässigen Prozess weiter optimieren kann. „Balluff war dabei nicht nur Teilelieferant, sondern in besonderem Maße Berater und Know-how-Projektpartner“, fasst Stefan Fahrni zusammen.

Wolfgang Zosel, Fachjournalist Reutlingen / am

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