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RFID garantiert sicheren Werkzeugwechsel in Produktionsanlagen für LKW-Katalysatoren

Use Cases | von Hans Turck | 02. Mai 2017
Der RFID-Schreiblesekopf TN-Q14 in IP67 verfügt über eine kompakte Bauform. Der RFID-Schreiblesekopf TN-Q14 in IP67 verfügt über eine kompakte Bauform. BILD: Turck

Kirschenhofer nutzt Turcks RFID-System BL ident und TBEN-S-I/O-Module in Fertigungszelle

Die Kirschenhofer Maschinen GmbH in Nersingen-Straß hat sich als Sondermaschinenbauer unter anderem auf die Entwicklung und Fertigung von Produktionsanlagen für Katalysatoren spezialisiert. Mit der jetzt fertiggestellten Fertigungszelle für LKW-Katalysatoren kann das Unternehmen rund 60 verschiedene Typen fertigen. Um zu gewährleisten, dass jeder Katalysator den engen Qualitätsstandards entspricht und rückverfolgbar ist, setzt Kirschenhofer mit den Profinet-I/O-Modulen und dem RFID-System von Turck für die hochmoderne Produktionsanlage auf moderne Automationstechnik.

Von Ralf Moder, Vertriebsspezialist bei Turck

Flexibilität und Rückverfolgbarkeit als Schlüsselfaktoren

Flexibilität und Rückverfolgbarkeit sind für Kirschenhofer zwei der wichtigsten Faktoren einer modernen Automationstechnik. Auf einer jüngst gefertigten Montageanlage für Katalysatoren eines großen LKW-Herstellers werden bis zu 60 verschiedene Katalysatortypen gefertigt. Die Kats sind unterschiedlich groß, im Querschnitt rund, oval oder polygon und werden zudem im Hardstuffing- oder Softstuffing- Verfahren hergestellt. Die Anlage muss extrem flexibel sein, um alle Varianten ohne Umrüstzeiten fertigen zu können. Zudem muss für jeden Katalysator auch nach zehn oder mehr Jahren noch nachvollziehbar sein, welche Charge Rohre, Fasermatten und Monoblöcke darin verbaut wurde. So lassen sich Kosten und Imageschäden durch eventuelle Rückrufaktionen auf ein Minimum begrenzen.

Automatisierte Werkzeugidentifikation für bis zu 1.000 Katalysatoren

Produktionsfehler vermeidet und erkennt die Maschine schon während des Fertigungsprozesses. So werden beispielsweise die Monoblöcke auf Abplatzungen und Schäden an den Kanten überprüft und defekte Teile ausgeschleust. Für das Hardstuffing-Verfahren müssen die Rohre auf das Zielmaß aufgespreizt werden. Je nach Geometrie des späteren Katalysators werden dafür verschiedene Werkzeuge in eine Maschine gespannt und in der Regel nach einem Produktionslos gewechselt. Bei Losen zwischen 200 und 1.000 Katalysatoren und einem Produktionstakt von rund einem Kat pro Minute geschieht dies mehrmals am Tag. Da Kirschenhofer die Werkzeuge in einem zentralen Hochregallager lagert, von dem aus sie auch in andere Maschinen eingesetzt werden, benötigte das Unternehmen eine automatisierte Identifikation der Werkzeuge.

Craig CraillCraig Craill „Früher haben wir alles einzeln verkabelt. Das war ein dicker Schlauch mit Leitungen und viel Verdrahtungsarbeit. Heute werden nur noch ein Profinet-Kabel und eine Spannungsversorgung benötigt.”

20 verschiedene Werkzeuge im Einsatz

„20 verschiedene Werkzeuge sind beim Kunden im Einsatz. Auf dem RFID-Datenträger ist die ID-Nummer des jeweiligen Werkzeugs hinterlegt. Die Maschine überprüft anhand der ID-Nummer, ob das richtige Werkzeug eingelegt wurde und gibt erst danach das Aufspreizen des Rohrs frei“, erklärt Thomas Schön, Programmierer bei Kirschenhofer. Bei 30 bis 60 Tonnen Kraft, die die Maschine ausübt, würde ein falsches Werkzeug enormen Schaden und hohen Produktionsausfall verursachen.

Schreibleseabstand auch in Metallumgebung ausreichend

Die Werkzeugidentifikation leistet Turcks RFID-System BL ident. Dazu befinden sich an den Werkzeugen Datenträger vom Typ TW-R30-M-K2, die in das Metall eingelassen sind. An den Werkzeugaufnahmen sind Turcks HF-Schreibleseköpfe TN-Q14 angebracht. „Die RFID-Reader von Turck haben wir aufgrund ihrer kompakten Bauform gewählt“, erläutert Craig Craill, Leiter Elektrik bei Kirschenhofer. Der Q14 ist nur 14 Millimeter hoch und bietet trotzdem einen maximalen Schreibleseabstand von bis zu 72 Millimetern. In der Metallumgebung fällt die Reichweite zwar kürzer aus, sie reicht jedoch immer noch aus, um den Schreiblesekopf vor Kollisionen mit dem Werkzeug zu schützen.

In den Werkzeugaufnahmen sichern drei Schreibleseköpfe den Einsatz der korrekten Werkzeuge
In den Werkzeugaufnahmen sichern drei Schreibleseköpfe den Einsatz der korrekten Werkzeuge.

Optionale Verschleißerkennung auf Kundenwunsch

Ein anderer Maschinentyp von Kirschenhofer, der in mehr als zehnfacher Ausführung bei einem großen deutschen Automobilhersteller steht, überprüft auch den Rohrdurchmesser nach dem Aufspreizen und vergleicht diesen mit den auf dem Datenträger hinterlegten Toleranzwerten. Der Vorteil dieser Zusatzoption ist, dass die Maschine so auch den Verschleiß eines Werkzeugs, Materialfehler oder eine Fehlbedienung beim Aufspreizen erkennt. Die Maximal- und Minimaldurchmesser des Rohrs sind auch in der aktuellen Anlage für LKW-Katalysatoren auf dem Tag hinterlegt. Sollte diese Funktion nachgefragt werden, ließe sie sich leicht nachrüsten.

Feinfühlige Robotergreifer transportieren Rohre

Die leeren und vollen Rohre werden in der Anlage von Robotergreifern zwischen zwei Bearbeitungsstationen transportiert. Abhängig davon, ob das Rohr leer oder gefüllt ist, muss der Pneumatikgreifer unterschiedlichen Druck aufwenden. Ein leeres Rohr darf der Roboterarm mit Pneumatikgreifer nur mit 2,5 bar greifen, um es nicht zu zerdrücken. Der Roboter bringt das Rohr zur Einschiebestation, wo es mit einem Monoblock mit Fasermatte gefüllt wird. Danach wiegt es rund 20 Kilogramm und muss mit 6 bar gegriffen werden, damit es nicht aus dem Greifer fällt.

Profinet-I/O-Modul wartungsfreundlich und zeitsparend

Die Kommunikation der entsprechenden Analogwerte an das Pneumatikventil läuft über Turcks Profinet-Block-I/O TBEN-S2- 4AO. Das IP67-Modul ist direkt auf dem Roboterarm montiert und gibt die Werte von der Steuerung zum Ventil weiter. Ein TBEN-S2-4AI-Modul mit Analogeingängen gibt die Analogwerte des Pneumatikventils zurück an die Steuerung. „Früher haben wir alles einzeln verkabelt. Das war ein dicker Schlauch mit Leitungen und viel Verdrahtungsarbeit. Heute werden nur noch ein Profinet-Kabel und eine Spannungsversorgung benötigt. Außerdem ist die heutige Lösung wartungsfreundlicher. Wenn beim Endkunden ein Problem auftritt, kann sich das Unternehmen einschalten und genau sehen, was vorliegt“, sagt Craig Craill.

Ein weiterer Robotergreifer muss lediglich gefüllte Rohre transportieren, wofür I/O-Module mit digitalen Ein-/Ausgängen ausreichend sind. Kirschenhofer setzt hier die universellen TBENS1- 8DXP ein, deren acht Kanäle als Ein- oder Ausgang genutzt werden können.

Profinet-, Ethernet/IP- und Modbus TCP-kompatibel

„Die Schwierigkeit bei anderen I/O-Modulen in dieser Bauform ist, dass sie keine eigene IP-Adresse haben, sondern über einen internen Bus angesprochen werden. Außerdem kann das Turck-System ohne großen Aufwand beliebig erweitert werden“, erklärt Craig Craill. Turcks Multiprotokoll-TBEN-S-Module sprechen drei Industrial-Ethernet-Protokolle und lassen sich daher nicht nur in Profinet einsetzen, sondern auch in Ethernet/IP und Modbus TCP.

„Kirschenhofer setzt nur Profinet ein, obwohl das Unternehmen immer wieder von amerikanischen Kunden gefragt wird, ob es auch eine Allen-Bradley-Steuerung verwenden kann“, sagt Craig Craill. „Wir haben allerdings unseren Standard und können nur wirtschaftlich arbeiten, wenn wir daran festhalten. Wir müssen unser System technisch bis ins letzte Detail verstehen.“

TBEN-S2-RFID-Module als Produktupdate

Craig Craill plant, zukünftig auch die jüngst vorgestellten TBEN-S2-RFID-Module von Turck einzusetzen. Sie können bis zu 32 adressierbare Schreibleseköpfe im sogenannten Bus- Mode in Linientopologie anbinden. Das reduziert den Verdrahtungsaufwand von den Schreibleseköpfen zum RFID-Interface. Außerdem werden weniger Interfaces benötigt, was wiederum Kosten und Platz spart.

Letzte Änderung am Dienstag, 02 Mai 2017 12:31
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